痛觉其实是一种保护机制,它让我们能够第一时间远离一些意外伤害,比如烫伤、烧伤等等。所以,对疼痛的感受、传导的神经通路,都是疼痛和神经科学领域的研究人员们在不断探索的。
Karolinska研究所的Patrik Ernfors博士的团队在《科学》杂志上发表研究,他们找到了新的疼痛感觉受体器官!它是由一类特殊的施旺细胞(Schwann cells)组成的网络,研究人员给这些细胞起了个新名字叫作“疼痛感受性施旺细胞”[1]。
想要更好的理解这个新发现,首先,我们要知道,施旺细胞原本的身份是外周神经系统的神经胶质细胞,主要功能是连接支持和营养分配、形成神经元的“保护罩”——髓鞘等,大概相当于后勤保障部门。
然后,我们再来了解一下疼痛感的产生和传递,痛觉感受器其实是可以从任意的神经末梢中感受疼痛的,比如说感受压力(物理的那种,也可以说是机械刺激)或者是温度的末梢。
所以,当我们被钉子扎到,或者被烫到的时候,感受到的疼痛都是两波,第一波是即时的,比较剧烈的疼痛,接着是第二波缓和的,延续时间比较长的疼痛。第一波疼痛就是由机械、热感受器传导的,第二波则是痛觉感受器(C类神经纤维,简称C纤维)传导的。
两种痛感的传导为什么有快慢之分?这主要是因为,痛觉感受神经元是没有髓鞘化,或是仅仅轻度髓鞘化的,它们的信号传导比较慢,而机械、热感受神经元是完全髓鞘化的,它们的信号传导又快又精准,两种不同感受器感受到的疼痛的时间差就这么产生了。
痛觉感受神经元虽然没有髓鞘包被,但它们的末梢周围也分散着一些施旺细胞。研究人员发现,在皮肤最外层的表皮下,靠近表皮和真皮交界处的地方,一些施旺细胞悄悄伸出了刺状的“触角”,它们环绕着神经末梢,形成了一张小网。
它们勾搭在一起,是想做什么?研究人员觉得说不定和痛觉感受有关。于是他们在小鼠中进行了验证。利用光遗传学方法,研究人员对小鼠的这些特殊的施旺细胞进行了刺激,发现在不同的小鼠中,都产生了神经冲动,随着光脉冲长度的增加,细胞放电增加,C纤维的活动性增加。
同时,受到光刺激的爪子也出现了像是被扎到一样的后缩,还有毛发倒竖和爪子的颤动。不仅如此,研究人员还观察到了小鼠摇晃爪子和舔爪子的行为,这些都是它们缓解疼痛的正常行为[2]。而这些都是通过光刺激一些特殊的施旺细胞引起的,并没有实际的引起疼痛的行为。当细胞失去活性时,再进行光刺激,小鼠也不会出现这些行为了。
后续的实验也证明了这些特殊的施旺细胞的门控机制与在感觉神经元中发现的门控机制[3,4]是类似的,门控离子通道是可兴奋细胞产生动作电位,也就是神经冲动的基础。由此可见,这些施旺细胞应该也是隐藏的感觉神经元。
因此,研究人员认为,这些施旺细胞正是一类从前没有被发现过的疼痛感受器,研究人员给它们命名为“疼痛感受性施旺细胞”。
Ernfors博士表示们虽然这项研究是在小鼠中进行的,但是考虑到小鼠中发现的所有已知的感觉器官也都存在于人类中,所以,人类应该也是有这个新器官的。他认为,这个发现改变了我们对感觉细胞机制的理解,对进一步了解疼痛,包括慢性疼痛意义重大[5]。
未来,他们将继续研究这些疼痛感受性施旺细胞,确定它们如何对疼痛做出响应的机制,以及它们能对慢性疼痛相关动物模型的建立有什么用处[5]。
参考资料
[1] Specialized cutaneous Schwann cells initiate pain sensation[J]. Science, 2019, 365(6454): 695-699.
[2] Identifying the pathways required for coping behaviours associated with sustained pain[J]. Nature, 2019, 565(7737): 86.
[3] Tuning Piezo ion channels to detect molecular-scale movements relevant for fine touch[J]. Nature communications, 2014, 5: 3520.
[4] Difference of acute dissociation and 1-day culture on the electrophysiological properties of rat dorsal root ganglion neurons[J]. Journal of physiology and biochemistry, 2018, 74(2): 207-221.
[5] https://www.the-scientist.com/news-opinion/special-schwann-cells-in-mice-play-unsung-role-in-pain-66289