发痒为何既让人抓挠又令人烦躁？前岛叶通向终纹床核的一条通路
小鼠研究发现前岛叶皮层向背侧终纹床核发出的兴奋性投射在致痒刺激时活跃，同时参与抓挠动作与瘙痒相关的条件性位置厌恶。
2024年3月13日，中山大学中山医学院李博兴、黄潋滟团队在《Current Biology》发表题为“An insular cortical circuit required for itch sensation and aversion”的研究论文（郑洁燕、张小敏、唐文婷为共同第一作者）。临床与日常生活中，剧烈瘙痒不仅诱发难以自抑的抓挠反射，还会伴随强烈的烦躁与厌恶情绪，而负面情绪又会反过来加剧瘙痒感（即“瘙痒-情绪恶性循环”）。研究团队综合运用在体光纤光度钙信号记录、光遗传学与化学遗传学操控、顺逆行跨突触病毒示踪、RNAscope荧光原位杂交及脑片全细胞膜片钳记录，发现前岛叶皮层兴奋性神经元（AICExt）在组胺依赖性与非组胺依赖性瘙痒刺激及瘙痒相关厌恶记忆提取时均被显著激活，并通过单突触谷氨酸能投射直接驱动背侧终纹床核GABA能神经元（dBNSTGABA），从而同步编码并双向调控瘙痒抓挠行为与瘙痒诱导的条件性位置厌恶（CPA）。
前岛叶皮层兴奋性神经元（AICExt）在组胺与氯喹诱发的瘙痒抓挠及条件性位置厌恶中被强烈激活，并通过单突触谷氨酸能投射直接兴奋背侧终纹床核Gad2阳性GABA能神经元（AICExt→dBNSTGABA）；特异性沉默该通路的突触前或突触后神经元可同步消除致痒剂诱发的抓挠行为与厌恶情绪。
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组胺与氯喹致痒刺激诱发强烈抓挠行为并伴随条件性位置厌恶与应激易化
研究团队首先在成年雄性C57BL/6J小鼠颈背部皮内分别注射组胺（Histamine，500 μg/50 μL，组胺依赖性致痒剂）或氯喹（Chloroquine，200 μg/50 μL，组胺非依赖性致痒剂）。行为学定量分析显示，两种致痒剂均在注射后30分钟内诱发出高频的颈背部抓挠回合（scratching bouts）。为评估瘙痒伴随的负性情绪体验，作者建立了为期3天的条件性位置厌恶（CPA）范式：将致痒剂注射与特定条件箱配对训练后，小鼠在测试期停留在组胺或氯喹配对箱的时间显著缩短，厌恶得分（CPA score）显著升高。
与此同时，为了检验负性情绪状态是否会反向加剧瘙痒感觉，作者在皮内注射组胺前对小鼠施加30分钟急性束缚应激（restraint stress）。结果显示，急性束缚应激并未改变生理盐水对照组的自发抓挠水平，但显著增加了组胺诱发的抓挠回合数，从行为学层面印证了瘙痒感觉与负性厌恶情绪之间的双向互作与相互放大。
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前岛叶皮层兴奋性神经元在瘙痒抓挠发作及厌恶条件箱进入时显著激活
c-Fos免疫荧光染色显示，皮内注射组胺或氯喹均引起双侧前岛叶皮层（AIC，以及上游初级体感皮层S1与后岛叶皮层PIC）c-Fos阳性神经元数量显著增加。为实时追踪AIC兴奋性神经元（AICExt）在自由活动小鼠中的群体钙动态，研究团队在小鼠AIC注射AAV-CaMKII-GCaMP6s并植入光纤开展在体光纤光度记录。无论是组胺还是氯喹模型，AICExt神经元的钙信号均在每一次抓挠回合（scratching bout）起始前后出现锁定性瞬态升高，且单次抓挠事件期间钙信号的曲线下面积（AUC）与抓挠持续时间呈显著正相关。
更为关键的是，在组胺配对训练后的CPA测试期（此时小鼠未接受致痒剂注射），每当小鼠自发跨越通道进入此前与组胺配对的条件箱时，AICExt神经元同样表现出显著升高的钙瞬变，而在进入生理盐水配对箱或训练前基线测试中则无显著变化。这表明AICExt神经元不仅编码外周致痒刺激驱动的抓挠行为，还直接参与瘙痒相关厌恶记忆的表征。
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光遗传激活前岛叶兴奋性神经元加剧致痒剂抓挠而化学遗传抑制则减轻抓挠
为检验AICExt神经元活动对瘙痒抓挠行为的因果调控作用，作者在小鼠AIC区注射AAV-CaMKII-ChR2-mCherry并在病毒注射位点上方0.2 mm处植入光纤插芯（200 μm外径，0.37 NA）。在未注射致痒剂的基线状态下，给予473 nm蓝光脉冲（20 Hz）激活AICExt神经元并不会凭空诱发自发抓挠行为；但在皮内注射组胺或氯喹后，蓝光激活AICExt神经元则显著增加了小鼠的抓挠总回合数与抓挠频率。
相反，在双侧AIC区注射AAV-CaMKII-hM4Di-mCherry并通过腹腔注射CNO（3 mg/kg）化学遗传学抑制AICExt神经元，可显著减少组胺或氯喹诱发的抓挠总回合数与抓挠频率，同时在旷场测试（OFT）中不影响小鼠的总运动距离或中心区停留时间，排除了运动功能障碍或一般镇静效应的干扰。
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前岛叶兴奋性神经元激活具有内在厌恶效价且是建立瘙痒条件性位置厌恶所必需
为明确AICExt神经元在情绪效价编码中的作用，研究团队首先在表达AAV-CaMKII-ChR2-mCherry的小鼠中开展了实时位置偏好/厌恶测试（RTPP）：每当小鼠进入指定测试箱时即触发20 Hz蓝光刺激，离开该箱则停止刺激。结果显示，ChR2组小鼠在蓝光配对箱内的停留时间显著低于mCherry对照组，表现出明显的位置逃避，说明直接激活AICExt神经元本身即可产生负性厌恶体验。
随后，作者在双侧AIC注射抑制性视蛋白病毒AAV-CaMKII-eNpHR3.0-EYFP，并在组胺或氯喹CPA范式的配对训练期同步给予590 nm黄光持续抑制AICExt神经元。行为学结果显示，光遗传抑制AICExt神经元完全消除了组胺或氯喹配对引起的条件性位置厌恶（CPA得分归零），证明AICExt神经元的激活对于组胺依赖性和非组胺依赖性瘙痒诱发厌恶情绪均不可或缺。
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顺行跨突触示踪、RNAscope与膜片钳鉴定前岛叶至背侧终纹床核GABA能神经元单突触投射
为寻找AICExt神经元调控瘙痒与厌恶的关键下游核团，作者在CaMKII-Cre小鼠AIC注射顺行示踪病毒AAV-hSyn-Flex-mGFP-2A-Synaptophysin-mRuby，观察到AICExt广泛投射至臂旁核（PBN）、腹侧被盖区（VTA）、基底外侧杏仁核（BLA）、中央杏仁核（CeA）、伏隔核（NAc）及背侧终纹床核（dBNST）。当利用AAV-Flex-taCasp3-TEVp消融约48%的双侧AICExt神经元后，在6个下游靶区中唯有dBNST在组胺刺激后的c-Fos阳性细胞数显著下降。顺行跨单突触示踪（AIC注射AAV2/1-hSyn-Cre，dBNST注射AAV2/9-DIO-GFP）配合RNAscope原位杂交显示，接收AIC输入的dBNST突触后GFP阳性神经元中97%（148/153）表达GABA能标记基因Gad2，而0%（0/142）表达谷氨酸能标记基因Slc17a6（vGlut2）。
脑片全细胞膜片钳记录进一步证实，在dBNST顺行跨突触标记的GABA能神经元中，蓝光刺激AIC轴突末梢可在75%（6/8）的神经元上诱发出潜伏期短、被TTX阻断后可由TTX + 4-AP恢复、并被AMPA受体拮抗剂NBQX完全消除的单突触兴奋性突触后电流（eEPSCs）。此外，在Gad1-EGFP小鼠中，组胺和氯喹激活的dBNST区c-Fos阳性细胞分别有91.6%和96%为EGFP阳性GABA能神经元（且在Gad2-Cre小鼠中利用eNpHR3.0光抑制dBNSTGABA神经元可直接抑制组胺诱发的抓挠与CPA）。
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投射至背侧终纹床核的前岛叶皮层神经元在组胺与氯喹抓挠期间特异性激活
为验证投射至dBNST的AIC神经元亚群（AIC→dBNST）是否在自由活动小鼠抓挠行为中实时激活，研究团队在小鼠dBNST注射逆行Cre病毒AAV2-retro-hSyn-Cre-mCherry，同时在同侧AIC注射Cre依赖性钙指示剂病毒AAV-EF1α-DIO-GCaMP6s，并在AIC植入光纤记录该特定投射通路的钙信号动态。
在体光纤光度记录表明，无论是在组胺还是氯喹急性致痒模型中，投射至dBNST的AIC神经元均在抓挠回合发生时表现出显著的钙信号升高（ΔF/F峰值显著高于基线），且单次抓挠事件的钙信号曲线下面积（AUC）与抓挠持续时间呈显著正相关，呈现与AIC全群兴奋性神经元高度一致的瘙痒编码特征。
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逆行或顺行跨突触化学遗传学抑制AIC→dBNST环路同步减轻抓挠行为与条件性位置厌恶
最后，研究团队分别从突触前投射神经元与突触后接收神经元两个方向检验了AIC→dBNST环路对瘙痒感觉与厌恶情绪的必要性。首先，在双侧dBNST注射逆行AAV2/2-Retro-Cre并在双侧AIC注射AAV-hSyn-DIO-hM4Di-mCherry，腹腔注射CNO（3 mg/kg）特异性沉默投射至dBNST的AIC神经元，可显著减少组胺和氯喹诱发的抓挠回合数与抓挠频率，并在CPA测试中消除两种致痒剂诱导的条件性位置厌恶（而不影响旷场运动能力）。
其次，作者采用顺行跨单突触策略，在双侧AIC注射AAV2/1-hSyn-Cre并在双侧dBNST注射AAV2/9-hSyn-DIO-hM4Di-mCherry，以特异性抑制接收AIC输入的dBNST突触后神经元。给予CNO同样显著降低了组胺与氯喹诱发的抓挠回合数及抓挠频率，并完全逆转了致痒剂配对引起的条件性位置厌恶。这两组互补的环路阻断实验共同确立了AICExt→dBNSTGABA通路在介导瘙痒抓挠行为与负性厌恶情绪中的核心作用。
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