老年人為何易發皮膚瘙癢：機械敏感離子通道Piezo2-Merkel細胞調控觸覺到癢覺的轉化

慢性瘙癢癥是老年人中日益普遍且使人衰弱的難題。年齡相關的干皮病通常與機械性瘙癢緊密相關，特指由無害的機械刺激（例如輕觸）引起的瘙癢。研究者采用von Frey技術給予青年和老年小鼠（分別為2個月和大于24個月）的皮膚以不同強度的機械力。從0.02 g到0.16 g的機械力刺激引起老年（而非青年）小鼠的抓撓行為。相反，年齡并不影響經典致癢劑（如組胺或氯喹）誘發的急性瘙癢反應。老年與青年小鼠的機械性疼痛（2.0 g von Frey纖維誘發）和熱痛反應沒有任何差異。

最近研究表明，有毛皮膚低閾值機械感受器(LTMR)支配脊髓神經肽Y (NPY)陽性的中間神經元亞群，并且在機械性瘙癢感覺傳遞中起關鍵作用。為了研究衰老是否影響LTMR的發放特性，研究者通過體外皮膚-神經標本的記錄，分析了不同類型皮膚纖維的發放模式。結果顯示，青年小鼠I型慢適應(SAI)傳入纖維表現出持續放電，與之形成鮮明對比的是，老年小鼠則表現為截短的靜態放電模式，其被歸類為中等適應(IA)反應。老年小鼠與青年小鼠相比，機械刺激（從1 mN～150 mN）引起的SAI傳入神經的放電速率從50 mN開始顯著降低，并且SAI傳入神經的發放閾值顯著增加。動態和靜態時相的放電數在老年小鼠也顯著減少。然而，老年和青年小鼠的快適應(RA)、Aδ和C型LTMR纖維的發放特性是類似的。兩組中Aβ纖維亞型的總體比例和傳導速率也類似。盡管有報道稱有毛皮膚的機械感覺傳入選擇性地支配脊髓表達NPY的中間神經元，研究者發現老年和青年小鼠支配有毛和無毛皮膚的SAI纖維的發放特性沒有顯著差異。這表明NPY陽性和尚未鑒定的NPY陰性的中間神經都可能接受來自SAI傳入神經的輸入。

由于表皮中的Merkel細胞和SAI傳入纖維形成“突觸樣”連接，并且編碼獨特的SAI發放模式，因此，研究者推測在衰老相關的機械性瘙癢的情況下，Merkel細胞可能作為上游信號，參與SAI反應的選擇性衰減效應。因此，研究者使用免疫熒光染色法來確定老化皮膚中Merkel細胞的數量和形態。結果顯示，表皮機械敏感性觸覺圓頂(touch-dome)中的Merkel細胞數量在老年小鼠明顯減少，而觸覺圓頂傳入纖維末梢結構在老年小鼠是完整的，并且和青年小鼠類似。鑒于Merkel細胞在觸覺區域傳入纖維動作電位的持續發放是必需的，衰老皮膚中Merkel細胞的喪失可能促進機械性瘙癢。

因此，研究者采用經典的丙酮-乙醚-水(AEW)模型，模擬老年人常見的干皮病瘙癢（也表現為機械性瘙癢）。相對于對照組小鼠，AEW處理的小鼠從第3天開始機械性瘙癢顯著增強，并且在第5天機械性瘙癢達到平臺期。與對照組小鼠相比，AEW處理的小鼠中皮膚Merkel細胞的數量顯著減少，而兩組之間的神經纖維的總長度相當。研究者接下來通過有針對性記錄觸覺圓頂傳入纖維，研究了Merkel細胞的喪失是否影響SAI反應。與對照組小鼠的SAI反應相比，AEW處理小鼠的觸覺圓頂傳入纖維表現出明顯不同的IA反應的發放模式。盡管兩組SAI傳入纖維的傳導速率相當，但AEW處理小鼠的觸覺圓頂傳入神經在動態和靜態時相都顯示出更高的放電閾值和更少的放電數。

為了直接研究Merkel細胞在調節機械性瘙癢中的作用，研究者測量了Merkel細胞缺陷型小鼠(K14Cre; Atoh1f/f)的機械性瘙癢行為。與對照小鼠相比，K14Cre；Atoh1f/f小鼠對von Frey刺激表現出顯著增強的抓撓反應。在K14Cre；Atoh1f/f小鼠中，皮內注射組胺和氯喹引起的急性瘙癢以及機械痛和熱痛反應均未改變。

然后，研究者測試了激活Merkel細胞是否可以作用于相同通路從而抑制機械性瘙癢。通過將Atoh1CreERT；Ai9報告基因小鼠與Gq偶聯的DREADD小鼠雜交，研究者制造了可通過化學遺傳學刺激選擇性激活Merkel細胞的小鼠。他莫昔芬誘導后，Atoh1CreERT；Ai9報告基因小鼠在Merkel細胞中表現出tdTomato的強表達，而不是在其他結構（如感覺神經末梢）。DREADD配體CNO可引起Cre+Atoh1-Gq-DREADD小鼠新鮮分離的胡須毛囊增大段的tdTomato陽性的Merkel細胞內快速Ca2+濃度([Ca2+]i)反應，但對Cre-Atoh1-Gq-DREADD小鼠無效。在AEW處理的Cre+Atoh1-Gq-DREADD小鼠的皮膚-神經標本，CNO治療顯著提高了機械刺激誘發的SAI纖維的發放頻率（特別是在靜態時相），而對Cre-Atoh1-Gq-DREADD小鼠無效。結果提示，激活殘存的Merkel細胞中Gq-DREADDs促進AEW處理小鼠中SAI傳入纖維的持續發放。因此，通過在AEW處理后第5天測量機械性瘙癢，研究者測試了廣譜性化學遺傳學激活Merkel細胞是否可以抑制Atoh1-Gq-DREADD小鼠中的機械性瘙癢。確實，CNO治療顯著抑制Cre+Atoh1-Gq-DREADD小鼠中的機械性瘙癢。注射溶劑和將CNO注射到Cre-小鼠的機械性瘙癢相當。

機械敏感性離子通道Piezo2是由皮膚Merkel細胞表達的經典的輕觸感受器，并且對正常的SAI反應是必需的。研究者直接測試了Piezo2是否參與調節皮膚機械性瘙癢。相對于Cre-小鼠，Cre+K14Cre；Piezo2f/f小鼠表現出明顯增強的機械性瘙癢。然后，研究者通過將Atoh1CreERT小鼠與Piezo2f/f小鼠雜交特異性敲除Merkel細胞中的Piezo2。他莫昔芬誘導后，Cre+而不是Cre-小鼠表現出機械性瘙癢行為的顯著增加。組胺或氯喹誘導的急性癢在Cre-、Cre+K14Cre；Piezo2f/f小鼠和Atoh1CreERT；Piezo2f/f小鼠之間是類似的。在K14Cre；Piezo2f/f和Atoh1CreER；Piezo2f/f小鼠中機械痛和熱痛反應也沒有改變。

研究結果表明，皮膚Piezo2通道Merkel細胞信號傳導在調節觸覺轉化為癢覺方面至關重要，并且這對于外周機械感受器將機械刺激從皮膚傳導到脊髓的正常功能來說顯然是必需的。此外，機械刺激可能控制脊髓NPY+和NPY-的抑制性中間神經元的活動。該研究結果也為衰老和慢性瘙癢條件下機械性瘙癢門控機制的缺失提供一個解釋。