Toll样受体介导瘙痒的分子细胞机制研究

Toll-like receptors (TLRs) mediate innate immunity and are key receptors for recognizing structurally conserved molecules derived from microbes. Our recent results showed that TLR3 and TLR7 are critical receptors for mediating itch in mice. These results were published in famous journals, such as Nature Neuroscience and Journal of Clinical Investigation. Based on our previous results, this study will use a multidisciplinary approach, including molecular biology, immunohistochemistry, calcium imaging, electrophysiology, behavior and transgenic mice, 1) to identify the expression of TLRs, such as TLR2, 3, 4 and 7, in dorsal root ganglia (DRG) neurons and keratinocytes in skin; 2) to explore the ionic mechanisms underlying TLRs-mediated regulation of the excitability of DRG neurons and to determine the distinct signaling pathways of TLRs for mediating proinflammatory cytokines in primary sensory neurons in the DRG and keratinocytes in the skin; 3) to determine the distict role of TLRs on pain and itch; 4) to explore the regulation of TLRs in DRG and skin under chronic itch conditions. This study will improve our understanding for the pathology of chronic itch and may identify novel molecular targets for anti-itch treatment.

Toll 样受体（Toll-like receptors；TLRs）介导机体天然免疫反应，是识别各种微生物的保守结构分子的重要受体家族。本申请人前期的研究结果表明，TLR3和TLR7是介导瘙痒的重要受体。相关研究成果发表在《Nat Neurosci》和《J Clin Invest》。在此研究基础上，本申项欲通过综合运用免疫组化、单细胞RT-PCR、钙成像、电生理学、行为学和基因敲除小鼠等多学科技术， 1）检测TLRs（包括TLR2、TLR3、TLR4和TLR7等）在背根节神经元以及皮肤角质细胞的表达；2）阐明TLRs调节感觉神经元兴奋性的离子通道机制，以及TLRs调节感觉神经元和皮肤角质细胞促炎细胞因子/趋化因子生成的分子机制；3）TLRs对疼痛和瘙痒的不同调控机制；4）探索TLRs在慢性瘙痒条件下的表达调控机制。该研究成果将对阐明瘙痒的病理学机制和探索新的抗痒治疗策略具有重要意义。

尽管瘙痒和疼痛紧密联系，但是近年来的研究表明，瘙痒具有自身独特的神经传导通路和分子机制。鉴定新的致痒介质和痒受体对开发新型的有效止痒药物具有重要的临床应用价值。Toll 样受体（Toll-like receptors；TLRs）不仅表达在免疫细胞、皮肤角质细胞和胶质细胞，而且表达在神经元上。然而TLRs 以及下游信号通路调控瘙痒的病理发生机制并不清楚。本项目集中研究TLRs介导急慢性瘙痒的分子细胞机制，取得的主要研究成果如下：（1）脊髓星形胶质细胞在慢性瘙痒的情况下被激活，同时TLR4参与这种激活，并且TLR4受体激动剂LPS恶化慢性瘙痒行为而TLR4受体阻断剂LPS-RS则缓解慢性瘙痒；（2）慢性瘙痒诱导皮肤角化细胞HMGB1-TLR2-MyD88的激活，进而诱导细胞趋化因子CXCL1和CXCL8的表达升高，CXCL1或CXCL8则通过激活CXCR1/2受体，最终介导慢性瘙痒；（3）慢性瘙痒诱导皮肤TLR7的表达上调，并且TLR7参与慢性瘙痒诱导的IL-33、IL-31等细胞因子的上调；（4）作为TLRs受体的重要下游信号通路，TNF-alpha-TNFR1信号通路调控小鼠急慢性瘙痒；（5）前期研究表明氧化应激作为瘙痒的重要诱因，本研究继续探讨了抗氧化剂NAC和PBN通过缓解致痒剂compound 48/80以及氯喹诱导的DRG神经元的胞内ROS的积累以及脊髓p-ERK信号的激活来缓解急慢性瘙痒的机制。综之，通过利用急性痒模型、AEW诱发的干皮病模型以及Imiquimod诱导的银屑病等慢性瘙痒动物模型，本研究阐明了脊髓星形胶质细胞上的TLR4、皮肤角化细胞上表达的TLR2和TLR7介导急慢性瘙痒的多种分子机制，提示靶向不同细胞类型上的TLRs有可能成为治疗急慢性瘙痒的新型分子靶标。本研究研究成果将对阐明瘙痒的病理生理机制以及探索新的抗痒治疗策略具有重要意义。