老年人为何易发皮肤瘙痒：机械敏感离子通道Piezo2-Merkel细胞调控触觉到痒觉的转化

慢性瘙痒症是老年人中日益普遍且使人衰弱的难题。年龄相关的干皮病通常与机械性瘙痒紧密相关，特指由无害的机械刺激（例如轻触）引起的瘙痒。研究者采用von Frey技术给予青年和老年小鼠（分别为2个月和大于24个月）的皮肤以不同强度的机械力。从0.02 g到0.16 g的机械力刺激引起老年（而非青年）小鼠的抓挠行为。相反，年龄并不影响经典致痒剂（如组胺或氯喹）诱发的急性瘙痒反应。老年与青年小鼠的机械性疼痛（2.0 g von Frey纤维诱发）和热痛反应没有任何差异。

最近研究表明，有毛皮肤低阈值机械感受器(LTMR)支配脊髓神经肽Y (NPY)阳性的中间神经元亚群，并且在机械性瘙痒感觉传递中起关键作用。为了研究衰老是否影响LTMR的发放特性，研究者通过体外皮肤-神经标本的记录，分析了不同类型皮肤纤维的发放模式。结果显示，青年小鼠I型慢适应(SAI)传入纤维表现出持续放电，与之形成鲜明对比的是，老年小鼠则表现为截短的静态放电模式，其被归类为中等适应(IA)反应。老年小鼠与青年小鼠相比，机械刺激（从1 mN～150 mN）引起的SAI传入神经的放电速率从50 mN开始显著降低，并且SAI传入神经的发放阈值显著增加。动态和静态时相的放电数在老年小鼠也显著减少。然而，老年和青年小鼠的快适应(RA)、Aδ和C型LTMR纤维的发放特性是类似的。两组中Aβ纤维亚型的总体比例和传导速率也类似。尽管有报道称有毛皮肤的机械感觉传入选择性地支配脊髓表达NPY的中间神经元，研究者发现老年和青年小鼠支配有毛和无毛皮肤的SAI纤维的发放特性没有显著差异。这表明NPY阳性和尚未鉴定的NPY阴性的中间神经都可能接受来自SAI传入神经的输入。

由于表皮中的Merkel细胞和SAI传入纤维形成“突触样”连接，并且编码独特的SAI发放模式，因此，研究者推测在衰老相关的机械性瘙痒的情况下，Merkel细胞可能作为上游信号，参与SAI反应的选择性衰减效应。因此，研究者使用免疫荧光染色法来确定老化皮肤中Merkel细胞的数量和形态。结果显示，表皮机械敏感性触觉圆顶(touch-dome)中的Merkel细胞数量在老年小鼠明显减少，而触觉圆顶传入纤维末梢结构在老年小鼠是完整的，并且和青年小鼠类似。鉴于Merkel细胞在触觉区域传入纤维动作电位的持续发放是必需的，衰老皮肤中Merkel细胞的丧失可能促进机械性瘙痒。

因此，研究者采用经典的丙酮-乙醚-水(AEW)模型，模拟老年人常见的干皮病瘙痒（也表现为机械性瘙痒）。相对于对照组小鼠，AEW处理的小鼠从第3天开始机械性瘙痒显著增强，并且在第5天机械性瘙痒达到平台期。与对照组小鼠相比，AEW处理的小鼠中皮肤Merkel细胞的数量显著减少，而两组之间的神经纤维的总长度相当。研究者接下来通过有针对性记录触觉圆顶传入纤维，研究了Merkel细胞的丧失是否影响SAI反应。与对照组小鼠的SAI反应相比，AEW处理小鼠的触觉圆顶传入纤维表现出明显不同的IA反应的发放模式。尽管两组SAI传入纤维的传导速率相当，但AEW处理小鼠的触觉圆顶传入神经在动态和静态时相都显示出更高的放电阈值和更少的放电数。

为了直接研究Merkel细胞在调节机械性瘙痒中的作用，研究者测量了Merkel细胞缺陷型小鼠(K14Cre; Atoh1f/f)的机械性瘙痒行为。与对照小鼠相比，K14Cre；Atoh1f/f小鼠对von Frey刺激表现出显著增强的抓挠反应。在K14Cre；Atoh1f/f小鼠中，皮内注射组胺和氯喹引起的急性瘙痒以及机械痛和热痛反应均未改变。

然后，研究者测试了激活Merkel细胞是否可以作用于相同通路从而抑制机械性瘙痒。通过将Atoh1CreERT；Ai9报告基因小鼠与Gq偶联的DREADD小鼠杂交，研究者制造了可通过化学遗传学刺激选择性激活Merkel细胞的小鼠。他莫昔芬诱导后，Atoh1CreERT；Ai9报告基因小鼠在Merkel细胞中表现出tdTomato的强表达，而不是在其他结构（如感觉神经末梢）。DREADD配体CNO可引起Cre+Atoh1-Gq-DREADD小鼠新鲜分离的胡须毛囊增大段的tdTomato阳性的Merkel细胞内快速Ca2+浓度([Ca2+]i)反应，但对Cre-Atoh1-Gq-DREADD小鼠无效。在AEW处理的Cre+Atoh1-Gq-DREADD小鼠的皮肤-神经标本，CNO治疗显著提高了机械刺激诱发的SAI纤维的发放频率（特别是在静态时相），而对Cre-Atoh1-Gq-DREADD小鼠无效。结果提示，激活残存的Merkel细胞中Gq-DREADDs促进AEW处理小鼠中SAI传入纤维的持续发放。因此，通过在AEW处理后第5天测量机械性瘙痒，研究者测试了广谱性化学遗传学激活Merkel细胞是否可以抑制Atoh1-Gq-DREADD小鼠中的机械性瘙痒。确实，CNO治疗显著抑制Cre+Atoh1-Gq-DREADD小鼠中的机械性瘙痒。注射溶剂和将CNO注射到Cre-小鼠的机械性瘙痒相当。

机械敏感性离子通道Piezo2是由皮肤Merkel细胞表达的经典的轻触感受器，并且对正常的SAI反应是必需的。研究者直接测试了Piezo2是否参与调节皮肤机械性瘙痒。相对于Cre-小鼠，Cre+K14Cre；Piezo2f/f小鼠表现出明显增强的机械性瘙痒。然后，研究者通过将Atoh1CreERT小鼠与Piezo2f/f小鼠杂交特异性敲除Merkel细胞中的Piezo2。他莫昔芬诱导后，Cre+而不是Cre-小鼠表现出机械性瘙痒行为的显著增加。组胺或氯喹诱导的急性痒在Cre-、Cre+K14Cre；Piezo2f/f小鼠和Atoh1CreERT；Piezo2f/f小鼠之间是类似的。在K14Cre；Piezo2f/f和Atoh1CreER；Piezo2f/f小鼠中机械痛和热痛反应也没有改变。

研究结果表明，皮肤Piezo2通道Merkel细胞信号传导在调节触觉转化为痒觉方面至关重要，并且这对于外周机械感受器将机械刺激从皮肤传导到脊髓的正常功能来说显然是必需的。此外，机械刺激可能控制脊髓NPY+和NPY-的抑制性中间神经元的活动。该研究结果也为衰老和慢性瘙痒条件下机械性瘙痒门控机制的缺失提供一个解释。