刺毛黧豆在痒觉研究中的应用

刺毛黧豆在痒觉研究中的应用1 / 12摘 要 刺毛黧豆（mucunain prurien， cowhage）是一种热带豆科植物，其豆荚毛刺有致痒作用。有效成分为黧豆蛋白酶（mucunain）。这种植物产生的痒觉与经典致痒物质组胺相比存在相似及区别。目前对这种物质引起的痒觉，在神经传导，相关受体及皮肤行为学性质等方面有一些研究。同时，天然黧豆毛刺刺激皮肤引起痒觉，而一些实验开始采用灭活黧豆毛刺添加其他物质后进行表皮行为学研究，这些研究的进展使得黧豆毛刺具有成为痒觉研究实验工具的潜力。关键词 刺毛黧豆 痒觉 黧豆毛刺application of mucunain prurien in itching sensation study talking about study history, mechanism and methodologyzhu houze, dong xiaowei(institute of cognitive science, east china normal university, shanghai 200062)abstract mucunain prurien,cowhage is a tropical legume, burr itching of their pod. active ingredients for mucunain. this plant produces the itching sensation and itching caused by classic similarities and differences compared to the substance histamine exists. present on this substance caused the itching sensation, nerve conduction, related receptor and characterization of the skin of some studies. at the same time, natural mucunain stimulate the skin causing itching sensation, and experiments began inactivation of black beans after adding other substances to epidermal behavioral studies, the progress made in the study of mucunain prurien has the potential to become itchy sleep research tool.key words mucunain prurien; itching sensation; black bean burr1 研究历史刺毛黧豆（mucunain prurien， cowhage）是一种热带地区的豆科植物，其豆荚上毛刺致痒的特性在二十世纪中叶已经有部分研究。毛刺上主要致痒物质为黧豆蛋白酶（mucunain）。八十年代时作刺毛黧豆为致痒物质被用于检验麻醉剂emla药。tuckett等人的实验中使用猫研究传导这种痒觉刺激相关的外周神经与脊髓神经。早期的刺毛黧豆致痒研究较少而分散。由于传统止痒药物：抗组胺药物无法有效解决一些临床痒觉问题，黧豆蛋白酶作为一种典型的非组胺致痒物质，其致痒机理开始被人们关注，由刺毛黧豆诱发的痒觉信号在外周神经及部分中枢神经上传导有一些阶段性结论。在研究过程中，主要采用组胺或其他化学物质进行比较性研究。刺毛黧豆中主要致痒成分黧豆蛋白酶作用于蛋白酶激活受体2及蛋白酶激活受体4（par-2&par-4），同时在人体外周神经上毛刺引起的痒觉激活的神经纤维与动物实验有部分结果相互验证。同时该蛋白酶在与其他刺激物通过黧豆毛刺进行刺激完成的对照实验获得一些行为学结论。刺毛黧豆在痒觉研究中的应用，从使用带有多根毛刺的豆荚直接刺激到对目前可以量化单根毛刺的各项属性，方法学逐渐改进。从使用处理的豆荚块进行刺激并统计毛刺数量到使用黏合剂固定一定数量的毛刺，到目前“嵌刺板”（spicules insert）的出现，黧豆毛刺的量化研究逐渐深入。同时，在不同化学物质刺激人体外周的实验中，灭活的毛刺成为其他物质的载体。这使得黧豆毛刺具有成为痒觉研究工具的潜力。2 刺毛黧豆致痒机制2.1 人体表皮行为学性质痒觉行为学实验最常用致痒物质为组胺。作为一种典型非组胺致痒物质，黧豆荚刺刺激引起的痒觉行为学性质上与组胺存在区别及相似之处。组胺刺激人体表皮后，会增大血管渗透性产生疹块和神经性红肿；同时，会在刺激区域附近产生较大范围感觉迟钝，包括痒觉异化（alloknesis），痒觉过敏（hyperknesis），以及痛觉过敏（hyperalgesia）。并且在痒觉中带有少量针刺感和灼烧感。作为一种典型非组胺致痒物质，与组胺相比，黧豆毛刺给予人体表皮刺激后，仅在刺激点附近小区域内血管舒张。基本无疹块和微量轴突反射引起的红肿反应。与组胺致痒相比，等强度抓挠反应对黧豆毛刺刺激痒觉抑制更明显。这两种痒觉的强度/时间主观模拟评估曲线趋势相近，黧豆毛刺刺激产生的尖锐感和灼烧感相对组胺刺激更强烈。抗组胺药物无法抑制黧豆毛刺刺激产生的痒觉，使用辣椒素局部脱敏，能抑制黧豆毛刺刺激产生的痒觉感受。在较小皮肤范围内（2?2），少量黧豆毛刺（17根）的刺激基本不会引起痒觉强度明显变化。其伤害性感受主要为针刺感和灼烧感，其强度和持续时间比痒觉短，并且与痒觉强度感受成负相关。黧豆毛刺刺激引起的表皮感觉迟钝区域与痒觉感受强度无明显相关，并且痒觉感受强度，伤害性感受强度，与表皮感觉迟钝区域之间缺乏相关。说明其中的神经机制较为复杂，暗示引起这些感受的机制来自不同类型的感受神经元。由于一些疾病引起的慢性痒如过敏性皮炎，过敏性湿疹，肝脏或肾脏疾病并非组胺诱发，无法用抗组胺类药物解决。而刺毛黧豆作为典型非组胺致痒物质，其刺激产生的伤害性感受与过敏性皮炎病人相似，因此其应用于这类慢性痒研究。研究表明，对于过敏性皮炎患者，黧豆毛刺与组胺联合刺激引起痒觉，其vas曲线与黧豆毛刺刺激近似而与组胺刺激有明显区别，结合刺毛黧豆诱痒的受体研究内容，刺毛黧豆有建立过敏性皮炎痒觉模型的潜质。2.2 受体调控刺毛黧豆致痒有效成分为黧豆蛋白酶,是一种新的半胱氨酸类蛋白酶。使用基因工程技术完成的重组黧豆蛋白酶和天然黧豆蛋白酶在海拉细胞系中证明该蛋白酶作用于par-2及par-4。结合过去其他致痒蛋白酶报导，可以证明黧豆蛋白酶激活这两种受体。par-2属于局限在c神经纤维末端的g蛋白耦联受体内一个亚家族，能够被肥大细胞释放的类胰蛋白酶激活。par-2在过敏性皮炎患者上表达量显著增高。par-2与痒觉反应与炎症反应有关，在小鼠上使用par-2机动剂能诱发小鼠抓挠反应。par-2机动剂与其他致痒剂如5-ht，组胺等引起的痒觉性质差异在小鼠模型中得到诠释。par-2能够与一些trpv协同作用，使其释放与痒觉相关的细胞活素；而且par-2激活后调控trpv家族中trpv1及trpv4，在炎症性，机械性以及热刺激疼痛中有相关研究。刺毛黧豆荚刺产生的伤害性感觉可能与这些受体间作用相关。par-4是一种源于白细胞的组织蛋白酶g，参与机体伤害性炎症反应，与炎症性皮肤病产生的痒觉有关，而且与内源性组胺致痒相关，其具体机理目前不明。2.3 痒信号神经传导早期实验中，外周神经纤维对刺毛黧豆荚刺刺激产生的痒信号传导中发现，其激活了大部分c型多模式伤害感受纤维和部分a- 神经纤维。近期在灵长目上实验显示，这两种神经纤维调控的痒觉感受时间过程中是不同的，而且有髓伤害感受纤维被黧豆荚刺刺激激活。c型和a -型纤维均参与这类非组胺性痒觉调控。由于刺毛黧豆诱发的是非组胺性痒觉，因此在神经传导的研究中大部分实验使用组胺作为致痒剂进行对照研究。在初级传入神经中，黧豆荚刺刺激激活c型机械敏感类伤害感受纤维，不引起组胺诱导的c型非机械敏感类伤害感受纤维激活；小鼠上实验结果显示，这类刺激不引起机械敏感类非伤害感受纤维激活。在机械敏感类伤害感受神经纤维中，机械-热-敏感型纤维在表皮受到黧豆毛刺或组胺刺激后均被激活，但是组胺激活该类纤维产生的信号相对刺毛黧豆微弱而且主要是短暂的簇状放电。在机械-热-敏感型神经纤维中，快速适应纤维较慢速适应纤维在受到黧豆毛刺刺激后能传导更强的痒觉信号。而化学性伤害刺激（辣椒素）能激活更多c型机械敏感类伤害感受纤维，并对痒觉传导有抑制作用。在猫腹外侧脊髓中研究发现，间歇性静息放电的广动力范围神经元被证明对黧豆毛刺刺激显著性敏感。脊髓层面的研究目前尚缺乏，仅在小鼠模型中，采用par-2机动剂与组胺，5-ht这些致痒剂进行对比研究发现在脊髓背角神经元中，par-2机动剂诱发动作电位在脊髓中传递时主要激活广动力范围神经元及少量伤害性敏感神经元，而伤害性刺激时会激活更多上述两类神经元并对痒觉传导有抑制作用。然而par-2机动剂具有快速耐受性且并不激活par-4，因此与黧豆毛刺刺激存在区别。刺毛黧豆荚刺刺激和组胺刺激产生的痒信号在脊髓丘脑束神经元中传导分别由不同的神经纤维完成，无神经纤维同时传导两种信号。印证了在丘脑下神经纤维的专线原理。通过asl技术发现，刺毛黧豆荚刺激主要激活人大脑皮层对侧区域脑岛及屏状核，另外，这种痒觉刺激可能在皮层中引起强烈的情感、认知关联，与组胺致痒有明显区别。2.4 黧豆毛刺与表皮刺激方法学黧豆毛刺经过高温处理（80，30分钟），可以灭活其致痒成分黧豆蛋白酶。因此在研究黧豆蛋白酶与组胺性质的实验中，采用组胺溶液浸泡失活黧豆毛刺，控制刺激方法一致。随着研究深入，人们需要控制这种刺激方式的药物剂量，因此在实验中，统计刺入皮肤内的毛刺数量及单根毛刺在显微镜下观测，计算携药剂量；毛刺的数量也得到控制：使用面积近似的刺毛黧豆豆荚刺激时在显微镜视野内统计嵌入皮肤内黧豆毛刺数，通过黏合剂固定一定数量黧豆毛刺进行实验，使用“嵌刺板（spicules insert)”控制毛刺的数量、刺入皮肤角度、刺入深度以及刺入药物剂量，以及使用微型镊在显微镜下取用一定数量黧豆毛刺进行刺激。这样系统的方法学改进，对于皮肤的伤害感受性质研究有重大的突破。目前存在同样药物使用不同刺激方法会产生不同的行为学结论：比如辣椒素，使用毛刺给予小剂量药物能够引起痒觉及针刺感，灼烧感等伤害性感受。然而使用皮下注射的方式让人产生强烈的痛觉；通过阳离子离子渗透法用组胺刺激人体几乎不激活c型非机械敏感类神经纤维，所以引起痒觉程度低于通过表皮刺入性刺激（刺血针刺入人体表皮后滴加刺激物溶液再去掉表面溶液）。不同生物中，同一种刺激方式也会产生不同的行为学结论：大鼠模型中，皮下注射组胺不引起抓挠的行为学反应；人体模型中，皮下注射组胺则引起疼痛或伤害性感受。这些现象说明对于同一刺激物，刺激方法不同或不同生物使用同一刺激方法可能引起不同反应。近期lamotte实验室发表的相关文章暗示了黧豆毛刺刺激主要激活表皮附近的c型纤维和a- 型纤维产生信号，而更深层面（皮下注射等）刺激主要激活传导伤害性感受及痛觉信号的纤维。因此，使用黧豆毛刺进行较浅深度刺激在比较刺激物质在生物中引起的痒觉及其他感觉性质时，能减少方法学因素带来的误差。同时，对比过去的痒觉刺激方式，黧豆毛刺能够控制药物携带量。使用灭活黧豆毛刺为载体给予表皮层面上的痒觉刺激时，能统一刺激方法，控制药物剂量、给药区域。因此黧豆毛刺有潜力成为痒觉研究的有效工具。黧豆毛刺在痒觉研究上的应用，除了比较黧豆蛋白酶与其他致痒物质的性质，还构建了研究小鼠痒觉与伤害感受的抓挠模型。通过黧豆毛刺与皮下注射对照，进行了致痒物质（组胺）及致痛物质（辣椒素）在