2023年8月18日，《科学》杂志在线发表了中国科学院神经科学研究所、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、神经科学国家重点实验室孙衍刚研究组的研究论文，题为《痒觉的中枢环路》。该研究利用光遗传学、药理遗传学、在体光纤钙成像和脑片电生理等技术手段，解析了痒觉信息传递的神经环路机制。研究发现，痒觉信号通过脊髓传递至臂旁核，进而诱导抓挠行为。这一发现首次揭示了痒觉从脊髓到大脑的重要环路，为深入理解痒觉信息加工的脑内机制及探索慢性痒的治疗方案提供了重要基础。
痒是一种令人不愉快的感觉，通常会引发抓挠行为。皮肤病、肝病等患者常常经历慢性瘙痒症状，伴随的难以克制的长期搔抓行为可能导致严重的皮肤和组织损伤。慢性瘙痒还常常引发睡眠障碍，严重影响患者的生活质量。然而，痒觉的机制尚不清楚，导致针对慢性痒的治疗药物开发滞后。因此，痒觉机制的研究已成为医学与神经科学领域的热点之一。近年来，虽然我们对脊髓水平的痒觉信息处理的分子和细胞机制已有较深入的认识，但痒觉信息如何从脊髓传递到大脑仍然是一个核心问题。
为了解决这一核心问题，孙衍刚研究组研究了脊髓中的痒觉细胞如何将痒觉信息传递到大脑。以往研究发现，脊髓中的一类痒觉细胞表达胃泌素释放肽受体（gastrin-releasing peptide receptor，GRPR）。然而，孙衍刚研究组发现，这类神经元并不直接将痒觉信息传递到大脑。由于臂旁核在痒觉信息处理过程中被激活，研究人员推测，脊髓中的GRPR阳性神经元可能通过与直接投射到臂旁核的神经元形成突触联系，从而间接地将痒觉信息传递到大脑。为了验证这一假说，他们构建了GRPR神经元转基因小鼠，并表达光敏感通道。光激活脊髓中的GRPR阳性神经元可以在投射到臂旁核的细胞中诱导产生兴奋性突触后电流，提示脊髓中的GRPR阳性神经元可以通过激活投射到臂旁核的神经元间接地向臂旁核传递痒觉信息。
那么，脊髓到臂旁核的通路是否真正参与痒觉信息处理呢？通过光遗传学技术操控脊髓到臂旁核环路的活性，研究人员发现抑制该环路可以减少痒觉诱发的抓挠行为。孙衍刚研究组进一步研究了臂旁核在痒觉信息处理中的作用。通过在体光纤钙成像和胞外电生理记录等技术，他们发现臂旁核细胞的活性在痒觉诱发抓挠行为的过程中显著升高。此外，他们通过行为学实验证实，抑制臂旁核同样可以减少痒觉抓挠行为，说明臂旁核在痒觉诱发抓挠行为中确实是必要的。
该研究首次揭示了一条从脊髓向大脑传递痒觉信息的长程神经环路，证明了臂旁核是痒觉信息处理环路中的关键节点，并进一步阐明了该脑区在慢性痒和过敏性痒中的重要作用。这一研究为深入解析痒觉信息在大脑中的加工处理奠定了基础，并为寻找潜在治疗靶点提供了新的方向。
该项工作主要由博士研究生穆迪和邓娟在孙衍刚研究员的指导下完成，课题组的其他成员也积极参与，并得到了第四军医大学李辉教授的大力协助。本研究得到了中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、青年和中科院百人计划的支持和资助。