目的:痒觉是一种能引起强烈抓挠欲望的不愉快感觉。瘙痒是多数皮肤病和一些全身系统性疾病的常见临床症状之一,顽固的病理性瘙痒不仅能加重病情而且严重影响患者的生活质量,但其治疗困难。究其主要原因是我们对痒觉信息的产生、传递通路以及调控机制,特别是大脑对痒觉抑制调控机制的认识还十分有限。近年来,关于痒觉调控的神经机制取得了许多突破性进展,包括在分子、细胞、脑区和环路等层面解析了痒觉的易化调控机制,但迄今关于脑内参与痒觉抑制调控的关键脑区和环路,特别是皮层内兴奋性神经元的下行抑制调控了解甚少。大脑内痒觉的易化调控和抑制调控的相互平衡或失衡可能是维持生理或病理性瘙痒形成的关键因素之一。众所周知,背内侧前额叶皮层(dm PFC)包括缘前皮层(Pr L)和前扣带回皮层吻侧(r ACC),广泛地涉及到痛觉、学习记忆等功能的抑制调控,但在痒觉调控中的作用尚不清楚。因此,本课题综合运用多种技术方法深入研究Pr L脑区和r ACC脑区在痒觉调控中的作用及其细胞和神经环路机制。方法:本课题主要采用动物行为学、光遗传学、化学遗传学、c-Fos tet-off标记系统、在体光纤记录、神经递质荧光探针、神经环路示踪以及组织学等技术方法,在神经递质、细胞、神经环路、行为学水平,深入研究dm PFC的Pr L和r ACC脑区在痒觉调控中的作用及其细胞和神经环路机制。结果:(1)瘙痒后Pr L脑区的c-Fos阳性的神经元数量明显增多,光纤记录结果也显示Pr L脑区神经元在瘙痒-抓挠时活动明显增加。化学遗传学和光遗传学抑制Pr L全体神经元能明显地降低组胺依赖类型和非组胺依赖类型致痒剂引起的瘙痒-抓挠行为。(2)光纤记录结果显示Pr L痒觉反应神经元在瘙痒过程中钙荧光信号明显增强,化学遗传学抑制Pr L痒觉反应神经元明显降低致痒剂引起的瘙痒-抓挠行为。(3)免疫荧光双标染色结果提示动物经历急性瘙痒后,c-Fos阳性的r ACC锥体神经元数量明显增多。致痒剂5-HT高反应组r ACC脑区的c-Fos阳性的锥体神经元比例显著地低于5-HT低反应组,锥体神经元激活数量与动物的瘙痒-抓挠次数呈明显的负相关性。在体光纤记录结果也显示r ACC锥体神经元在瘙痒-抓挠时活动被明显抑制(起点稍早于抓挠动作起点)。(4)化学遗传学抑制r ACC锥体神经元,发现能明显增加致痒剂引起的瘙痒-抓挠行为。相反,采用化学遗传学和光遗传学兴奋r ACC锥体神经元,发现能明显减少致痒剂引起的瘙痒-抓挠行为。(5)急性瘙痒后,c-Fos阳性的r ACC~(GABA)神经元数量明显增多。致痒剂5-HT高反应组的c-Fos阳性的r ACC~(GABA)神经元比例显著地高于5-HT低反应组,r ACC~(GABA)神经元激活数量与动物的瘙痒-抓挠次数呈显著的正相关性。在体光纤记录结果也显示r ACC~(GABA)神经元在瘙痒-抓挠时活动明显增强(起点稍早于抓挠动作起点)。(6)化学遗传学抑制r ACC~(GABA)神经元,发现能明显减少致痒剂引起的瘙痒-抓挠行为。相反,采用化学遗传学兴奋r ACC~(GABA)神经元,能明显增加致痒剂引起的瘙痒-抓挠行为。(7)在体神经递质荧光探针检测结果表明ACC锥体神经元在瘙痒-抓挠期间接收抑制性的神经递质GABA量明显增多。(8)r ACC痒觉反应锥体神经元在瘙痒-抓挠时被明显抑制。化学遗传学抑制r ACC痒觉反应锥体神经元明显增加瘙痒-抓挠行为;相反,化学遗传学兴奋r ACC痒觉反应锥体神经元明显抑制瘙痒-抓挠行为。(9)脑内确实存在r ACC锥体神经元→PAG神经环路。r ACC内表达囊泡型谷氨酸转运体1(VGLUT1)的锥体神经元主要投射至吻侧的背外侧、外侧和腹外侧中脑导水管周围灰质(dl PAG、l PAG和vl PAG),并与PAG~(GABA)神经元和PAG~(Glu)神经元均形成单突触联系。向PAG投射的r ACC锥体神经元主要分布在皮质第Ⅴ层。(10)向PAG投射的r ACC锥体神经元在瘙痒-抓挠过程中被显著地激活,采用化学遗传学抑制向PAG投射的r ACC锥体神经元能显著地增加瘙痒-抓挠行为,而激活向PAG投射的r ACC锥体神经元能明显地抑制瘙痒-抓挠行为。(11)化学遗传学抑制向PAG投射的r ACC痒觉反应锥体神经元明显增加瘙痒-抓挠行为,而兴奋向PAG投射的r ACC痒觉反应锥体神经元则能产生明显的抑制效应。(12)光纤记录结果显示PAG~(GABA)神经元在瘙痒-抓挠时活动明显下降(起点稍早于抓挠动作起点),而PAG~(Glu)神经元在瘙痒-抓挠时活动明显上升(起点稍早于抓挠动作起点)。(13)在体神经递质荧光探针检测结果表明PAG~(GABA)神经元在瘙痒-抓挠期间接收兴奋性的神经递质Glu量明显减少。(14)采用光遗传学直接sport and exercise medicine激活r ACC痒觉反应锥体神经元,能明显地提高PAG~(GABA)神经元的兴奋NSC125066分子量性,并显著地降低了PAG~(Glu)神经元的兴奋性。(15)化学遗传学抑制r ACC锥Dorsomorphin作用体神经元的突触后PAG~(GABA)神经元能明显促进瘙痒-抓挠行为,而化学遗传学激活r ACC锥体神经元的突触后PAG~(GABA)神经元能明显抑制瘙痒-抓挠行为。结论:Pr L参与痒觉的易化调控,r ACC锥体神经元参与痒觉的抑制调控。r ACC锥体神经元到PAG~(GABA)神经元投射是痒觉下行抑制调控的关键神经环路。本研究有助于揭示痒觉的神经生物学基础,丰富了我们对痒觉信息的下行抑制调控的认识,并为寻找顽固性瘙痒的潜在治疗靶点提供重要的理论依据。