Китайские биологи выяснили, что в мозге крыс есть две популяции нейронов, которые практически не перекрываются. Одни реагируют только на болевые стимулы, другие — только на пруритогены (вещества, вызывающие зуд).
Это означает, что — по крайней мере на уровне вентролатеральной зоны орбитофронтальной коры головного мозга — зуд можно считать отдельным типом чувствительности, а не подвидом боли. Статья опубликована в журнале Science Advances.
В середине XX века считалось, что зуд — это очень слабая боль, то есть ощущение, которое возникает от подпороговых стимулов. Потребовалось несколько десятков лет, чтобы доказать, что это не так.
Чтобы отделить зуд от боли, нужно найти у него собственные пути передачи сигнала, то есть рецепторы и цепочку нейронов, которые возбуждаются только тогда, когда возникает ощущение зуда. Сначала нашли молекулу, отвечающую за передачу сигнала о зуде в спинном мозге. Потом чувствительные нейроны, вызывающие зуд в ответ на гистамин. Потом еще чувствительные нейроны — но уже передающие сигнал о слабых механических касаниях. И, наконец, еще нейроны, которые принимают этот сигнал в стволе головного мозга.
И все равно полностью разделить зуд и боль пока не удается. Дело в том, что у этих видов чувствительности некоторые рецепторы и нейроны все-таки оказываются общими. Поэтому некоторые ученые до сих пор полагают, что отличие между зудом и болью — в силе сигнала, просто не того, который действует на кожу, а того, который разные чувствительные нейроны передают в общий центр в спинном мозге.
Шань Цзян (Shan Jiang) и группа исследователей из Медицинского Университета Армии в Чунцине решили поискать собственные нейроны зуда уже не в спинном, а в головном мозге. Раньше там уже находили какие-то области, связанные с желанием чесаться, но ученых заинтересовал конкретный участок — вентролатеральная зона орбитофронтальной коры (это передняя часть лобных долей). Этот участок необходим для того, чтобы чувствовать боль. И он же активируется при ощущении зуда. Исследователи попробовали выяснить, участвуют ли в этих процессах одни и те же нейроны или разные.
Сначала авторы работы проверили, что будет, если заблокировать вентролатеральную зону целиком. Они ввели крысам в эту область вирусный вектор с геном рецептора, который блокирует работу нейронов в ответ на конкретное лекарство. Таким образом, появилась возможность включать и выключать эту область в нужный момент. Когда у крыс ее выключали, они начинали меньше чесаться в ответ на укол химического раздражителя в щеку. Кроме того, у них снизилась интенсивность и болевого ответа — когда им кололи вызывающее боль вещество, они меньше терли лапами место укола.
Затем исследователи попробовали окрасить непосредственно нейроны, связанные с зудом. Для этого они ввели в вентролатеральную зону крысам новые вирусные векторы: они реагировали на экспрессию гена c-Fos (которая усиливается при активации нейрона) и начинали экспрессировать ген флуоресцентного красного белка. После того, как крысе вводили пруритоген (вызывающее зуд вещество), около 7 процентов нейронов вентролатеральной зоны начинали светиться красным — это означало, что они активируются, когда крыса чувствует зуд.
На следующем этапе ученые еще усложнили дизайн эксперимента. Крысы получили вектор, который реагирует на экспрессию c-Fos и начинает экспрессировать не только флуоресцентный белок, но и рецептор, который можно заблокировать лекарством. Это позволило избирательно заблокировать нейроны зуда: когда такой крысе вводили пруритоген, нейроны в вентролатеральной зоне начинали производить c-Fos — а тот вызывал производство рецептора. И если дальше дать крысе блокирующее лекарство, то оно действовало только на нейроны зуда с необходимым рецептором. Когда все это удалось провернуть, то оказалось, что блокировка этих нейронов сокращает число почесываний в ответ на пруритогены, но никак не влияет на реакцию на болевые стимулы.
Потом исследователи поставили обратный эксперимент, в котором нейроны не блокировали, а стимулировали. Крысам ввели новые вирусные векторы, которые в ответ на работу c-Fos начинали производить канальный родопсин — белок, реагирующий на свет. Теперь можно было сначала вызвать у животных зуд, а потом посветить на них лазерным лучом — и тем самым дополнительно активировать нейроны, в которых заработал c-Fos. И оказалось, что после такой стимуляции крысы начинают больше чесаться в ответ на зуд — но не в ответ на болевые стимулы.
Дальше авторы работы повторили все те же эксперименты — но для боли. И выявили популяцию нейронов, которые реагировали на болевые стимулы, но не на пруритогены.
Наконец, осталось проверить, что две популяции нейронов не перекрываются. Для этого исследователям нужно было окрасить обе группы одновременно. Делали они это так: сначала вводили стандартные векторы, которые в ответ на возбуждение и экспрессию c-Fos заставляют клетку производить красный флуоресцентный белок — если этот процесс не заблокировать доксициклином. Потом у животных вызывали зуд, и нейроны начинали производить флуоресцентный белок. После этого крысам давали доксициклин — и производство красного белка останавливалось. А затем вызывали боль. В результате в мозге оставался красный белок в нейронах зуда. А вот нейроны, отвечающие за боль, были уже активированы и начинали экспрессировать c-Fos, но не могли произвести красный белок. И можно было потом окрасить мозг крысы антителами к c-Fos и проверить: появился ли c-Fos («маркер боли») в клетках с красным белком («маркером зуда»).
Оказалось, что в вентролатеральной области есть нейроны, которые несут оба маркера одновременно, но их очень мало — всего, 1,71 процента. Тогда исследователи повторили эксперимент наоборот: сначала вызвали у крыс боль, и красный белок стал «маркером боли», а потом вызвали зуд, и c-Fos стал «маркером зуда». И снова посмотрели, часто ли маркеры накладываются друг на друга. И получили похожую цифру: 2,86 процента. Все остальные нейроны несли только один маркер — то есть популяции не перекрываются.
Таким образом, авторы работы обнаружили еще один этаж в нервной системе, на котором сигналы о зуде и о боли передаются независимо друг от друга. Тем не менее, они признают, что может быть некорректным распространять это утверждение на весь головной мозг — в других его областях нейронные контуры боли и зуда еще предстоит изучить и выяснить, пересекаются они или нет.
Автор: Полина Лосева