眼部瘙痒的发生机制及信号通路研究进展

黎 彪，袁 晴，邵 毅

0引言

瘙痒是许多眼部疾病的常见症状，如过敏性结膜炎、干眼及微生物感染等[1-3]，且过敏性眼病患者的眼部瘙痒症状常常很严重[4]，但目前可用的治疗方法往往并无很好的疗效。眼部瘙痒主要发生在结膜、上睑和下睑内侧的黏膜[5]，而强行摩擦、抓揉瘙痒的眼睛则可能导致眼部感染、红肿、圆锥角膜甚至是白内障[6-7]。研究表明，眼部瘙痒发生在结膜而不在角膜是由于三叉神经节对结膜与角膜的支配方式不同[5]，特异性支配结膜的感觉神经元主要表达MrgprA3，其负责痒觉信息的传导。眼部瘙痒主要发生在结膜，而多数眼痛则发生在角膜，利用轴索追踪的方法发现结膜和角膜之间的感觉神经支配模式不同，其中以MrgprA3表达为标志的一组结膜选择性感觉纤维为主，介导了痒感的形成，且组胺和非组胺瘙痒原的作用都集中在结膜感觉纤维上，使它们在过敏性结膜炎相关的瘙痒中发挥关键作用。

1眼部瘙痒机制

1.1眼部瘙痒的外周神经机制眼结膜和角膜均接受三叉神经节的初级感觉神经元支配，在检查人群中发现了两种初级感觉神经元，它们选择性地支配结膜而非角膜。第一类是MrgprD阳性感觉纤维，其仅支配结膜而不支配角膜，与它们在皮肤中广泛的神经支配相似，MrgprD阳性感觉纤维仅支配边缘结膜，该区域在眨眼期间与眼表直接接触。第二类是MrgprA3阳性感觉纤维，通过利用MrgprA3GFP-cre等转基因小鼠研究发现MrgprA3阳性感觉神经纤维选择性地支配结膜而在角膜中完全不表达。MrgprA3阳性感觉神经纤维终端富集于靠近内外侧眼角的结膜，这是对瘙痒最敏感的区域，暗示MrgprA3感觉纤维在眼部瘙痒中起到了关键性作用，尽管表达生长激素抑制素(somatostatin，SST)等其他瘙痒相关性感觉神经元在皮肤中具有密集的神经支配，但在结膜和角膜中均不表达[8]。

为了证实仅支配结膜的MrgprD和MrgprA3阳性感觉神经元在眼部感觉传导中的作用，将不同的致痛剂和致痒剂作用于小鼠下结膜囊，发现能选择性激活皮肤中SST阳性感觉神经元的两种免疫因子白介素-31(interleukin-31，IL-31)[9]和白三烯D4(leukotriene D4，LTD4)[10]均未能在结膜诱发小鼠产生刮擦抓挠行为，表明SST阳性感觉纤维并未在结膜中表达。而MrgprD受体激动剂β-丙氨酸(β-Alanine)可诱发少量抓挠行为；MrgprA3受体激动剂氯喹(chloroquine，CQ)可诱发严重的抓挠行为。研究发现，敲除MrgprA3受体后，不仅CQ不会诱发小鼠在结膜处的抓挠行为，其它致痒剂组胺和5-羟色胺(5-hydroxytryptamine，5-HT)也不会诱发，表明MrgprA3阳性感觉神经元在眼部瘙痒中起重要的传导作用。应用转基因小鼠记录MrgprA3阳性神经元的钙信号，结果表明，MrgprA3阳性神经元会被神经肽FF(neuropeptide FF，NPFF)、CQ、组胺、5-HT这4种致痒剂激活，表明结膜MrgprA3阳性感觉神经元介导组胺与非组胺急性痒觉，与皮肤痒觉传递的神经机制不同[11]。组胺、5-HT和类胰蛋白酶可由肥大细胞分泌，不同类型的肥大细胞刺激会诱导不同的肥大细胞介质释放，导致不同的感觉神经元和瘙痒模式的激活[12-14]。研究表明，当结膜发生过敏反应时，肥大细胞会产生脱颗粒作用，诱发大量刮擦抓挠行为，尤其是在肥大细胞脱颗粒后，可直接与MrgprA3阳性感觉纤维相互作用。敲除MrgprA3阳性神经元能够显著减少结膜过敏诱发的抓挠行为，表明MrgprA3阳性神经感觉纤维是过敏性结膜炎中主要的瘙痒感觉纤维[15]。

1.2眼部瘙痒的中枢神经机制调控结膜与角膜的中枢神经环路有明显的差异表现，但尚不清楚这种解剖学差异是否与眼部瘙痒的结膜起源及角膜对瘙痒不敏感相关。神经介素B(neuromedin B，NMB)是一种在小直径感觉神经元中高表达的肽，包括MrgprA3阳性神经元[16-17]。通过在结膜或角膜中注射逆行示踪剂麦胚凝集素(wheat germ agglutinin，WGA)，发现NMB主要表达在支配结膜的感觉神经元中。而且，支配结膜的感觉神经元的中枢投射区域有大量NMB受体(NMBR)表达，而支配角膜的感觉神经元的中枢投射区域则无NMBR表达。此外，敲除NMB或NMBR会大幅降低小鼠抓挠行为，表明中枢NMB-NMBR信号通路支配结膜并介导了痒觉的产生[18]。

2眼部瘙痒信号通路

对于Mas相关的G蛋白偶联受体或基因(Mrgprs)，瘙痒似乎是其主要功能，该受体具有如下特点：(1)其配体特异性相对混杂，对致痒物质亲和性最好；(2)在皮肤感觉神经元和肥大细胞中表达，是瘙痒的主要细胞成分；(3)它们首先出现在四足动物的进化过程中，四足动物的胳膊和腿在造成伤害之前，需要通过抓挠清除皮肤上的寄生虫或其他有毒物质[19]。G蛋白偶联受体(GPCRs)是一个大的7跨膜结构域的超蛋白家族，G蛋白与外周信使(配体)相互作用以进行细胞内信号传递[20]。GPCRs具有检测如脂类、离子和蛋白质等刺激物的作用，根据GPCRs的表达，瘙痒敏感神经元可分为3类，即NP1～3，以占主导地位的瘙痒相关受体描述每个类别。NP1神经元表达MrgprD，NP2神经元表达MrgprA3和MrgprC11。NP3神经元表达5-HT受体[10]。

2.1MrgprD阳性的NP1神经元介导的眼部瘙痒信号通路与皮肤中广泛的神经支配相似，MrgprD阳性感觉纤维支配结膜边缘。MrgprD的激活导致瘙痒，β-Alanine是MrgprD受体特异性激动剂[21]。MrgprD阳性神经元中对β-Alanine敏感者占其总数40%[22]。研究表明，在小鼠中无论是皮内注射还是口服β-Alanine均会引起瘙痒[22]。重要的是，应用β-Alanine未能引起MrgprD阴性小鼠瘙痒。β-Alanine可诱发MrgprD强阳性表达的神经元激动，但对消融MrgprD神经元的动物没有影响，并且MrgprD阳性的NP1神经元具有瞬时受体电位A1(transient receptor potential，TRPA1)信号通道也参与瘙痒感觉的信号传递[19]。

2.2MrgprA3和MrgprC11阳性的NP2神经元介导的眼部瘙痒信号通路小鼠MrgprA3(mMrgprA3)目前还没有内源性配体。然而，已证明其能被CQ激活，当mMrgprA3与合适的配体结合时，可打开瞬时受体电位(transient receptor potential，TRP)通道，在瘙痒过程中激活mMrgprA3的主要通道不是TRPV1，而是TRPA1，因为TRPA1敲除后小鼠对mMrgprA3激动剂CQ几乎没有反应，而在TRPV1敲除后，组胺诱导的小鼠瘙痒感觉则变得迟钝。此外，敲除TRPA1的小鼠对mMrgprC11激动剂BAM8-22也不再有反应。尽管如此，mMrgprC11并不能直接打开TRPA1通道，mMrgprC11似乎通过磷脂酶C激活打开TRPV1通道，而该通道又能有效激活TRPA1信号通道。这表明主要是TRPA1介导mMrgprA3和mMrgprC11的眼部瘙痒信号传递。NP2神经元还存在组胺H1受体和TRPV1参与的过敏后瘙痒感觉信号传递。

2.35-HT受体阳性NP3神经元介导的眼部瘙痒信号通路NP3神经元除了主要表达5-HT受体外，NP3神经元还富含其他独特受体，包括半胱氨酸白三烯2受体、IL-31受体、利钠肽、神经紧张素和生长抑素[19]，但NP3神经元眼部瘙痒具体作用及信号通路尚不清楚。

2.4眼部过敏性瘙痒信号通路眼结膜主要由杯状细胞和层状鳞状细胞两类细胞组成，杯状细胞合成并分泌一种大的凝胶形成黏液，即高分子量黏液。黏液可以捕获包括花粉和其他空气传播病原体在内的眼部过敏原，减少眼部过敏性瘙痒[11]。包括眼部瘙痒的许多临床相关瘙痒症状具有肥大细胞依赖性机制，当结膜发生过敏反应时，肥大细胞会产生脱颗粒作用，诱发大量刮擦抓挠行为。肥大细胞特异性受体MRGPRX2(也称为MRGPRb2)触发肥大细胞脱颗粒，这是过敏性反应的关键过程[23]。肥大细胞能够释放多种免疫调节因子，包括组胺、前列腺素和细胞因子[24]。释放的组胺能与NP2和NP3神经元上的组胺受体结合，引发瘙痒感觉。肥大细胞的典型活化是通过与免疫球蛋白E(IgE)受体交联，各种毒素、神经肽和激素等非IgE多肽也可以激活肥大细胞[24]。在TRPV1敲除鼠中，组胺诱导的小鼠瘙痒反应则变得迟钝，提示TRPV1阳性通道也参与介导细胞对组胺的瘙痒反应。

2.5脊髓GRPR阳性神经元参与的眼部瘙痒信号通路胃泌素释放肽受体(gastrin-releasing peptide receptor，GRPR)和利钠肽受体A(natriuretic peptide receptor A，Npra)是表达于背角椎板Ⅰ的两种受体，被认为是脊髓中神经元的瘙痒选择性受体[25]。GRPR阴性鼠对多种瘙痒原、化合物48/80(肥大细胞激活剂)和CQ无反应[26]。GRPR阳性神经元接受MrgprA3阳性周围单突触神经元传入的信号，使眼部瘙痒感觉由外周感受器传向神经中枢。GRPR阳性神经元层状Ⅰ神经元亚群提供特异性瘙痒感觉。有文献报道瘙痒感觉沿脊髓神经的传导通路，并在细胞水平阐明皮肤感受器通过接收瘙痒原的刺激，刺激信号经初级神经纤维传入、分化，再经过脊髓，最终被大脑接收[19]。

3总结与展望

Mrgprs在瘙痒发生过程中发挥重要作用，MrgprD阳性的NP1神经元，MrgprA3、Mrgprc11阳性的NP2神经元活化介导眼部瘙痒，且两类瘙痒敏感神经元的TRPA1通道是重要的信号通路之一，而TRPV1参与介导细胞感受器对组胺的瘙痒刺激反应。瘙痒原激活瘙痒敏感神经元受体后，致使细胞内信号改变，初级神经元将这种信号传递到脊髓GRPR阳性神经元，使眼部瘙痒信号由外周传向中枢。其中GRPR阳性神经元层状Ⅰ神经元亚群提供特异性瘙痒感觉。目前混合使用CQ及钠通道阻断剂N-乙基利多卡因(N-ethyl-lidocaine QX-314)阻断MrgprA3阳性感觉神经元活化，为眼部瘙痒的治疗提供了思路。NP3神经元眼部瘙痒具体信号通路尚不清楚，进一步研究清楚其介导瘙痒的作用机制将为临床上瘙痒的治疗提供参考。针对特异性的、已知的瘙痒原，避免接触是患者避免瘙痒症状烦恼的方法之一，但对于瘙痒原未知或病程中出现难以避免的瘙痒症的患者，临床上尚缺乏特别有效的止痒药物，针对瘙痒原特异性神经传导通路有效的阻断方法的研究将是未来研究工作需要突破的方向。