【自分用】Parvalbumin Neurons in Zona Incerta Regulate Itch in Mice

Jiaqi Li et al., Front Mol Neurosci. 2022

ハイライト
・ZI PVニューロンが、痒みを抑制する役割を有していることが分かった。
・この方向は、痛みとは逆である。

Introduction

抑制性の視床下部核として不確帯（ZI）は様々な感覚様式を統合し、視床、視床下部、中脳、脊髄などの一連の下流領域に送り、行動出力を調節し、動機付け状態を伝える。ZIは恐怖記憶、防御行動、捕食狩猟、不安および睡眠を制御することが実証されている。

興味深いことにZIは痛みの調節にも関与している。神経障害性疼痛はZIにおけるGABA作動性ニューロン活性の低下と関連しており、ZIの薬理学的活性化はラットの神経障害性疼痛行動を改善する。ZIが多様な機能を有する異種細胞群を含むことを考慮し、Wangらは主に腹側ZI（ZIv）に存在するニューロンサブセットであるパルバルブミン（PV）発現ニューロンが侵害行動を促進することを観察しました。しかし、ZI PVニューロンが痒みの調節に関与しているかは未だ不明である。

Results

かゆみ刺激によるZIvニューロンにおけるfos発現の増加

ヒスタミン、クロロキンによる急性掻痒モデルおよびカルシポトリール塗布によるADモデルを用いて、Zl各部位のc-fos発現を解析した。すると、Zlvにおいてのみこれらにより誘発されたc-fosの発現上昇が見られた。

急性掻痒の処理において、ZI PVニューロンは活性化される

先ほどと同様に発現させたc-fosとZI PVニューロンが共発現しているか検討した。すると、ヒスタミン、クロロキン、AD全ての群においてマージ率がコントロール群に比べ上昇した。

続いて、PV-CreマウスのZIにAAV-DIO-GCaMP6sを注入し、ファイバーフォトメトリー法により、ヒスタミンおよびクロロキンの皮内投与後のカルシウムイメージングを実施した。すると、どちらもスクラッチ付近で強い活性化を示した（ヒスタミンはスクラッチ前から上昇し、クロロキンはスクラッチ後から上昇していた）。

化学的なZI PVニューロンの活性化は急性掻痒を減弱させる

Flexシステムを用いて、PV-CreマウスのZIにデザイナー受容体を発現させ、CNO処理したマウスにヒスタミンおよびクロロキンを投与し、掻き動作を解析した。すると、どちらの起痒物質を用いた場合でも、Gq群では掻き動作が減弱し、Gi群では変化はなかった。

ZI PVニューロンは慢性掻痒を調節した

ADモデルマウスを用いて先ほどと同様の手法によりカルシウムイメージングを実施した。すると、スクラッチ後からのカルシウム強度が増加した（クロロキンの場合と同様）。さらにDREADD法も同様に実施すると、同じくGqで掻き動作は減少し、Giでは変化はなかった。

Discussion

痛みと痒みは相反する感覚である。痛みはかゆみ感覚を減衰させ、痛みの抑制はかゆみを増強させる可能性がある。これは当初、脊髄レベルの異なる神経回路メカニズムに起因するとされていた。その後、この現象に関連するいくつかの脊髄上構造が同定された。S1の脊髄投射ニューロンは、脊髄抑制性介在ニューロンを介してかゆみ伝達に対して抑制効果を発揮するが、神経障害性疼痛時には脊髄興奮性介在ニューロンを介して機械的アロディニアを促進する。また、痛みと痒みは相反する下降性調節を受ける。PAGグルタミン酸ニューロンの活性化は侵害受容を抑制するが、痒みを促進する。この現象は、itch-scratch cycleの間、かゆみと痛みにおける下流の5-HTシグナルの二重変調に起因している可能性がある。ひっかきは痛みを誘発し、その結果、RVMの5-HTニューロンの活性化をもたらす可能性がある。放出された5-HTは、2つのSDHニューロン亜集団に作用する。5-HT1ARを単独で発現するものは侵害受容処理を抑制し、ガストリン放出ペプチド受容体と5-HT1ARの両方を発現するものはかゆみの伝達を促進する。ここで、我々は、かゆみと痛みに相反する影響を与える新規の間脳領域を同定した。

ZI PVニューロンの一方向的な調節作用は、かゆみ処理の基礎となる神経回路機構の複雑さを増している。本研究で示されたように、ZI PVニューロンの活性化はヒスタミンとクロロキンによる掻き動作を抑制するが、その抑制は掻き動作を増強することができない。この現象に対する一つの可能な説明は、かゆみ刺激時の外因性、非生理的操作方法として、これらのニューロンの化学原性阻害が代償様式で他のかゆみを抑制する経路を募集し、ZI PVニューロン活動自体の低下によって誘発されるかゆみ促進効果を覆い隠したというものである。

ZIは、S1、層内および高次視床核、PAG、前視床前核、橋状網様核、RVMなど、様々な皮質および皮質下領域に向けて大量の投射を行う。その中でも、視床後核（Po）は、疼痛処理に対するZIの潜在的な標的を表している。ZIニューロンは、Poを介した感覚伝達を遮断するフィードフォワード抑制回路に参加しており、神経障害性疼痛はZI活性の低下とその結果としてのPo活性の上昇に関連している。さらに、ZI-Po経路の活性化は、運動皮質刺激の鎮痛効果を媒介する。また、Poがヒスタミン性掻痒を媒介すること、ZIv PVニューロンがGABA性突起をPoに送ることを示唆する証拠も出てきている。したがって、Poへの不活性投射がZIv PVニューロンの抗掻痒効果を媒介する可能性がある。PAGもまたZIv PVニューロンから入力を受けていることは言及に値する。PAG-RVM-SDH経路が、かゆみと痛みの調節におけるZIv PVニューロンの異なる役割を補助している可能性がある。

ZIは高度に異質な核として、GABA、グルタミン酸、神経ペプチドを含む神経伝達物質を放出する能力を持つ多様なタイプのニューロンを有している。ZI GABA作動性ニューロンは種類が豊富で、ソマトスタチン、バソプレシン、PVの発現によってさらに分けられる。しかし、その詳細はほとんど不明である。例えば、吻側ZI（ZIr）GABA作動性ニューロンの活性化は、PAGへの直接投射を介して防衛行動を減少させ、これはPAGへの投射を欠くZIv PVニューロンの活性化とは逆である。疼痛研究の領域では、ZI活性の非特異的操作に基づく初期の研究がZIの抗侵害受容的役割を示唆しており、これは中帯状皮質からグルタミン酸性入力を受け取るZId/r亜集団によって媒介されているかもしれない。しかし、ZI PVニューロンは視床内回路を介して侵害行動を積極的に制御している。