Lab简史｜Mark Hoon 实验室

教育背景及工作经历

Mark Hoon

博士毕业于University of Leeds, John Findlay实验室，期间主要研究无脊椎动物视觉色素激活的机制。

博后先在University of Freiburg接受两年的训练，随后转去NIH，Nick Ryba实验室，期间通过与Charles Zuker实验室合作，发现了一系列味觉辨别受体，系统阐述了味觉信息编码过程。期间为他的分子研究技术和思路打下很好的基础。

2006年开始，Mark Hoon在NIH下属的NIDCR建立自己的实验室，借助分子生物学手段和转基因小鼠，主要从事痛觉和痒觉的分子研究。其中，痛觉方面主要做了TRPV1通道和TRPM8通道在热痛和冷痛中机制探究；痒觉方面对化学物质致痒的外周通路做了比较深入完整的研究。

冷热痛觉研究

2010年的工作中，他们实验室研究了表达TRPV1通道的DRG神经元损毁对小鼠热痛觉的影响。研究发现，TRPV1感觉神经元损毁导致正常状态及炎症后热痛阈升高。同时，他们还发现在炎症预先存在的情况下，热痛阈升高更明显，但此现象仅在测试前两天出现。因此推测有炎症存在时，RTX（resiniferotoxin，TRPV1通道强激活，导致TRPV1阳性神经元死亡）对部分表达TRPV1的神经元仅仅阻断而未立即造成损毁。此外，损毁TRPV1感觉神经元对机械感觉没有影响[1]。

RTX-Car: 先进行损毁，再用角叉菜素致炎

Car-RTX: 先用角叉菜素诱导炎症，再用白喉毒素进行损毁

2011年的后续工作中，他们验证了TRPV1家系细胞对于热感觉是必需的。限于早期技术的发展，这项实验中采用了DTA（白喉毒素直接损毁目标神经元）策略对TRPV1-cre鼠的TRPV1神经元进行全身损毁。损毁不仅造成了TRPV1神经元的丧失，也使部分共表达或曾经表达TRPV1通道的TRPA1、TRPM8和TRPV2神经元丢失。观察发现，此类小鼠对冷、热痛的反应完全丧失，对化学物质导致的痛和痒行为反应消失，但触觉，机械痛觉和本体感觉未受到影响。此外，TRPV1-DTA损毁鼠的体温调节功能也受到损伤[2]。

2012年的工作中发现，足底注射神经调节肽B引起水肿和痛觉过敏，足底注射其拮抗剂缓解芥子油引起的神经性炎症[3]。

在上述工作中，主要通过药理学和损毁的手段，观察表达TRPV1的细胞对痛觉，尤其是热痛的影响，但并未严谨证明其必要的因果关系。

2013年开始采用DTR(白喉毒素受体)特异表达在TRPV1和TRPM8阳性神经元进行特异损毁，观察发现，TRPV1损毁影响热伤害感觉，而TRPM8主要影响冷感觉的分辨。其中，Mrgprd（Mas-related G-protein coupled receptor member D）神经元参与伤害性冷感觉[4]。

2016年起，开始借助GCaMP5在体成像的手段观察三叉神经节的细胞活动，继续探索TRPV1及TRPM8在温度感觉（sensory neuron?）中的具体表现，以及受伤对冷热感觉神经元活动的影响。在对TRPV1通道用拮抗剂时，细胞对伤害性热刺激的反应性降低，对非伤害性热刺激无反应。TRPM8细胞仅对冷刺激发生反应，TRPA1细胞则仅对热刺激发生反应。受伤可引起对冷热刺激起反应的神经元持续激活，通过降低温度可抑制此类活动。TRPV1通道还介导受伤后热敏的发生。受伤引起非伤害性冷感觉神经元敏感性降低。此外，受伤还使一群原先沉默的热感觉神经元激活[5]。

2016年的另一篇对脊髓的工作中发现，降温可引起部分脊髓神经元的激活，降温程度越大，有/发生反应的细胞数目和反应强度更大，此类反应可迅速恢复，具有很强的适应性。反应最高阶段在25-35℃。升温也可引起部分脊髓神经元的激活，升温程度越大，发生反应的细胞数目和反应强度更大，此类反应主要与绝对温度有关，具有较低的适应性。通过DTR策略发现，TRPV1阳性的脊髓神经元主要对热感觉发生反应，而TRPM8阳性（要么都加，要么都不加，看上半句）神经元主要对冷感觉发生反应，且部分TRPV1阳性神经元同时对升温和降温发生反应[6]。

温度降低到恒定温度后，细胞活动减弱

温度上升到较高温度后，细胞也维持较高活性

Mark Hoon实验室主要对TRPV1和TRPM8受体在热感受和冷感受中的作用作了系统的阐述，也引出了后续一系列针对不同温度感受器的研究。

化学痒通路研究

Mark Hoon实验室另一部分主要工作是针对化学物质致痒的外周通路进行研究和阐述。在之前的实验中发现，TRPV1-DTA鼠不能被传统的化学致痒物质诱导出搔抓样行为。2013年的工作首次提出，免疫组化的结果提示，Nppb（natriuretic polypeptide b）与TRPV1高度共标。Nppb敲除鼠对化学致痒物质也无明显反应。且在脊髓中，GRP（gastrin-releasing peptide）与Nppb受体Npra共标，提示GRP可能是Nppd的下游信号分子。

2017年的工作中发现，R7bp（R7bp (a.k.a. Rgs7bp) is a palmitoylated membrane anchoring protein expressed in neurons that facilitates Gαi/o -directed GTPase activating protein activity mediated by the Gβ5/R7-RGS complex.）参与上述痒觉传导通路的调控，R7bp敲除鼠对致痒物质引起的搔抓行为明显减少，脊髓背角神经元激活减少，但DRG神经元的激活未受影响。当对Gαo进行突变使其对RGS不敏感时，氯喹等常用致痒化学物质引起的搔抓行为也明显减少。囊内注射发现，以上两种鼠由Nppb或GRP引起的搔抓行为明显减少，提示R7bp可能在GRP通路下游参与痒觉调控。此外，通过κ-opioid受体1敲除，可激活Gαo信号，逆转R7bp敲除导致的痒觉缺失[8]。

2018年的研究中，发现生长抑素阳性神经元与Nppb有很高程度共标，激活生长抑素阳性神经元可引起明显搔抓行为。激活或拮抗生长抑素受体可促进或减少Nppb和GRP引起的搔抓行为。表达生长抑素受体的神经元可进一步分为dynorphin（强啡肽）阳性和nNOS（氮氧合酶）阳性神经元。进一步研究发现，激活dynorphin神经元可抑制搔抓行为。激活生长抑素受体或dynorphin受体引起的瘙痒可被GRP受体拮抗或损毁阻断，但对Nppb损毁无反应。提示生长抑素在dynorphin通路的作用位点位于Nppb受体与GRP受体之间[9]。

以上工作，对于化学物质引起瘙痒的外周环路进行了较系统阐述，即发现DRG中Nppb和Sst双阳性的神经元参与化学痒的外周感受，释放的Nppb作用于同时表达Nppb受体和GRP的神经元，释放GRP作用于表达GRPR的脊髓神经元。另外，DRG分泌的生长抑素作用于强啡肽能阳性神经元，调控GRPR神经元的活动。后续在其应用、具体生理病理情况等方面进行了进一步研究。

2019年他们发现，抑制NPR1可减轻小鼠的瘙痒[10]。2019年另一篇工作发现，Nppb神经元作为肥大细胞分泌物的下游介导痒的产生[11]。

2020年与陈万军团队合作发现，TGF-β诱导表皮树突状细胞产生IL-31激活DRG中Nppb阳性神经元介导伤口痒感觉的产生[12]。

参考文献

1.Mishra, S.K. and M.A. Hoon, Ablation of TrpV1 neurons reveals their selective role in thermal pain sensation. Mol Cell Neurosci, 2010. 43(1): p. 157-63.

2.Mishra, S.K., et al., TRPV1-lineage neurons are required for thermal sensation. EMBO J, 2011. 30(3): p. 582-93.

3.Mishra, S.K., S. Holzman, and M.A. Hoon, A nociceptive signaling role for neuromedin B. J Neurosci, 2012. 32(25): p. 8686-95.

4.Pogorzala, L.A., S.K. Mishra, and M.A. Hoon, The cellular code for mammalian thermosensation. J Neurosci, 2013. 33(13): p. 5533-41.

5.Yarmolinsky, D.A., et al., Coding and Plasticity in the Mammalian Thermosensory System. Neuron, 2016. 92(5): p. 1079-1092.

6.Ran, C., M.A. Hoon, and X. Chen, The coding of cutaneous temperature in the spinal cord. Nat Neurosci, 2016. 19(9): p. 1201-9.

7.Mishra, S.K. and M.A. Hoon, The cells and circuitry for itch responses in mice. Science, 2013. 340(6135): p. 968-71.

8.Pandey, M., et al., A central role for R7bp in the regulation of itch sensation. Pain, 2017. 158(5): p. 931-944.

9.Huang, J., et al., Circuit dissection of the role of somatostatin in itch and pain. Nat Neurosci, 2018. 21(5): p. 707-716.

10.Solinski, H.J., et al., Inhibition of natriuretic peptide receptor 1 reduces itch in mice. Sci Transl Med, 2019. 11(500).

11.Solinski, H.J., et al., Nppb Neurons Are Sensors of Mast Cell-Induced Itch. Cell Rep, 2019. 26(13): p. 3561-3573 e4.

12.Xu, J., et al., The Cytokine TGF-beta Induces Interleukin-31 Expression from Dermal Dendritic Cells to Activate Sensory Neurons and Stimulate Wound Itching. Immunity, 2020.

编辑 / 曹峰

排版 / 酸酸

校对 / 阳仔

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