J Neurosci:张旭/鲍岚合作发现FGF13在痒觉中的作用及其机制

2020
12/21

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生物世界
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12月9日,中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(神经科学研究所)张旭研究组和中国科学院分子细胞科学卓越创新中心(生物化学与细胞生物学研究所)鲍岚研究组合作,在 The Journal of Neuroscience 杂志发表了题为:FGF13 Is Required for Histamine-Induced Itch Sensation by Interaction with Nav1.7 的研究论文。


该研究揭示了在外周神经系统中FGF13通过与Nav1.7相互作用介导痒觉感受的新功能。 



研究团队前期的工作发现了伤害性感觉神经元中选择性地高表达一种非分泌型成纤维细胞生长因子FGF13,将小鼠背根节(DRG)伤害性感觉神经元中的FGF13特异性敲除后,这些小鼠完全丧失了对伤害性热刺激的反应(Yang et al., Neuron, 2017)


前人的研究还证实,激活小鼠背根节(DRG)中的伤害性感觉神经元也可以产生痒觉。然而,FGF13是否在痒觉感知过程中发挥作用并不清楚。


研究团队首先利用在DRG伤害性感觉神经元中FGF13特异性敲除小鼠,发现这些小鼠对组胺引起的抓挠次数显著下降,在前20分钟的记录中小鼠几乎没有抓挠动作。通过细胞电生理以及钙成像检测技术,发现FGF13缺失后对组胺反应的DRG神经元百分数显著下降。组胺激活胞内信号通路需要先结合相应的受体,目前已知的组胺受体一共有四种,包括H1R、H2R、H3R和H4R。


通过检测组胺刺激下四种不同的组胺受体介导的动作电位反应,结合不同的组胺受体激动剂引起FGF13缺失小鼠抓挠行为的不同,发现H1R是介导组胺刺激后FGF13参与的下游信号通路的主要受体。进一步的研究表明,FGF13对H1R并没有物理上或者功能上的直接作用。


研究团队以往的研究已经证实,FGF13可以通过结合电压门控钠离子通道Nav1.7影响神经元动作电位的生成(Yang et al., Neuron, 2017)。为了探索Nav1.7在FGF13所介导的痒觉反应中的作用,研究团队进一步利用细胞电生理记录,发现钠通道拮抗剂河豚毒素TTX以及Nav1.7特异性拮抗剂都可以显著降低神经元对组胺的反应,阻断FGF13与Nav1.7的相互作用,不仅降低了神经元对组胺的反应,而且可以产生类似于FGF13缺失小鼠抓挠次数下降的行为学表型。


此外,研究团队还发现FGF13缺失小鼠对非组胺(五羟色胺5-HT以及氯喹CQ)类致痒剂产生的抓挠反应以及DNFB模拟的临床慢性瘙痒也有不同程度的下降。


小鼠皮内注射组胺(Histamine)后,组胺与DRG神经元上表达的组胺受体H1R结合后,激活胞内下游信号通路,通过电压门控钠离子通道Nav1.7产生动作电位,最终引发抓挠行为。胞内的FGF13与Nav1.7相互作用形成复合物,介导了Nav1.7产生动作电位和最终引发抓挠行为这些过程。

该研究由张旭研究员和鲍岚研究员指导,张旭组董飞博士为该论文第一作者,同时鲍岚组的史海翔和魏满义博士、博士生薛华清、张旭组的杨柳和钟延清博士也做出了贡献。该研究也得到了中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心孙衍刚研究员和复旦大学脑科学研究院韩清见研究员的帮助。本工作得到国家自然科学基金委、中国科学院、上海市、中国医学科学院项目的资助。


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关键词:
FGF13,神经元,DRG,H1R,痒觉,介导

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