撰稿：齐昕
校审：NeuExpress_北林
外周感觉神经如何感受局部炎症微环境，进而驱动神经调质释放和调节皮肤免疫反应，从而在银屑病等慢性皮肤炎症性疾病的发展和治疗中发挥作用？
2024年6月21日，上海交通大学医学院基础医学院/松江研究院徐天乐教授课题组在Nature Communications在线发表题为“Sensory ASIC3 channel exacerbates psoriatic inflammation via a neurogenic pathway in female mice”的研究论文。该研究综合运用遗传学操纵、脂质代谢组学、电化学分析等技术，揭示了感觉神经元上的酸敏感离子通道3（acid-sensing ion channel 3, ASIC3）加剧银屑病神经炎症和皮损的新机制，为银屑病等难治性皮肤病治疗提供了新视角。
银屑病（Psoriasis），俗称“牛皮癣”，是一种全球范围内影响数百万患者的慢性皮肤炎症性疾病，其主要特征是皮肤上出现鳞状、红斑性病变，这些病变不仅影响外观，还可能导致患者感到显著不适，降低生活质量。病理上，银屑病由异常和过度的免疫反应引起，涉及皮肤表皮的角质形成细胞、树突状细胞以及γδT淋巴细胞之间的复杂相互作用。这些细胞在受到外界抗原如链球菌和病毒，以及内源性自身抗原的刺激后，会分泌多种细胞因子，如IL-23，激活免疫细胞，形成正反馈循环，加剧疾病进展。近年来，研究者发现感觉神经在银屑病的发病机制中扮演着重要角色，特别是伤害性感受器，它们不仅负责传递疼痛和瘙痒的感觉信号，还通过释放神经肽如降钙素基因相关肽（calcitonin gene related peptide, CGRP）、调节树突状细胞的活性和分泌趋化因子CCL2等机制，参与到免疫调节和炎症反应中。尽管目前对银屑病的免疫机制有了初步的认识，但皮肤屏障中神经-免疫互作的分子协调机制仍不完全清楚。探索皮肤屏障层面感觉神经元感受并处理损伤信息的分子机制对解码神经免疫互作规律具有重要意义。1. ASIC3介导银屑病的皮肤表型和Th17型炎症酸敏感离子通道是一类质子门控离子通道，它们属于DEG/ENaC超家族。其中，ASIC3亚基在感觉神经中显著表达，与组织酸化、炎症和术后疼痛的发生密切相关。为了探究ASIC3是否在银屑病这一慢性皮肤炎症性疾病中扮演着重要角色，研究人员在Asic3基因敲除（Asic3–/–）和野生型（Asic3+/+）小鼠的剃光背部皮肤上，连续7天局部涂抹咪喹莫特（imiquimod, IMQ）乳膏，以诱发银屑病样皮肤病变和炎症反应（见图1a）。研究人员通过监测脾脏重量的变化、皮肤厚度、表皮增殖情况以及组织中炎症细胞因子的含量，来评估炎症反应的程度（如图1a-e所示）。结果发现，缺乏ASIC3的小鼠对银屑病性炎症的敏感性降低，其皮肤病变也比野生型小鼠轻微。特别是在实验的第8天，Asic3–/–小鼠的脾肿大程度较轻，炎症部位的病理变化也较少（参见图1b, c）。特别地，在IMQ处理后，Asic3–/–小鼠的皮肤棘层增厚和异常表皮增殖程度显著低于野生型小鼠，这一点通过皮肤真皮层中Ki67阳性细胞的计数得到证实（见图1c, d）。此外，Asic3敲除小鼠受损皮肤中的Th17型细胞因子（如IL-23、IL-17和IL-22）水平也低于野生型小鼠（见图1e）。这些发现表明，ASIC3的缺失有助于减轻银屑病中的免疫病理变化，主要通过减少角化细胞的过度增殖和促炎细胞因子的产生来实现。![]()
图1. ASIC3对于银屑病性炎症的发展至关重要
为了探究感觉神经元中ASIC3在银屑病中的功能，特别是其在伤害性感受器中的作用，研究人员通过将NaV1.8Cre小鼠与Asic3flox/flox小鼠进行交配，成功构建了条件性敲除ASIC3的小鼠模型（NaV1.8Cre:: Asic3flox/flox）。在模拟银屑病的实验条件下，这些条件性敲除ASIC3的小鼠展现出较低的脾脏重量（见图2a），并且与未敲除的Asic3flox/flox小鼠相比，它们的表皮增殖和Ki67+细胞的浸润程度都有所减少（见图2b-e）。同时，Th17免疫反应的活跃度也有所降低，这体现在IL-17、IL-22和IL-23等细胞因子的表达水平显著下降（见图2f）。利用AAV-PHP.S病毒递送shRNA敲减ASIC3也能显著缓解银屑病的皮肤病变，抑制Th17炎症反应（扩展数据图，见原文）。在全身ASIC3敲减的基础上，我们利用NaV1.8Cre小鼠和pAAV-DIO-FLAG-ASIC3*-2A-mCherry病毒实现了在伤害性感受器中选择性回补ASIC3。这种全敲条补小鼠与对照组相比，在IMQ造模后表现出更严重的表皮增厚和Ki67细胞增殖（扩展数据图，见原文）。这些发现表明，伤害性感受器中ASIC3在加剧银屑病的皮肤病变中是充分且必要的核心组件。![]()
图2. 条件性敲除伤害性感受器中的ASIC3显著缓解银屑病样皮肤炎症
3. ASIC3依赖的神经机制作用于IL-23上游考虑到银屑病性炎症的发展通常依赖于感觉传入神经与皮肤中的树突状细胞（这些细胞是IL-23的主要来源）之间的复杂相互作用，研究人员进一步检查了ASIC3在由IL-23引发的银屑病样炎症中的必要性。研究人员采取了一种绕过伤害性感受器与皮肤树突状细胞通讯的实验方法。研究人员在Asic3–/–小鼠和野生型小鼠的单侧耳部皮下注射IL-23，而对侧耳朵则注射PBS作为对照（见图3a）。结果显示，无论是基因敲除小鼠还是野生型小鼠，在IL-23注射后均未发生脾肿大，表明未引发系统性炎症（见图3b）。值得注意的是，无论是Asic3–/–还是Asic3+/+小鼠，在IL-23注射后都发展出了银屑病性炎症。通过组织学分析，研究人员发现两组小鼠在炎症反应水平上没有显著差异，包括皮肤棘层增厚、Ki67阳性细胞浸润，以及IL-17和IL-22水平的升高等方面（见图3c-g）。这些发现表明，ASIC3并不是IL-23诱导的、不依赖于伤害性感受器的银屑病性炎症所必需的。这一结果强调了伤害性感受器来源的ASIC3在神经免疫通讯中发挥促炎效应作用于IL-23上游。![]()
图3. ASIC3不贡献IL-23诱导的银屑病性炎症
4. ASIC3通过影响神经囊泡释放贡献银屑病进展外周感觉神经末梢释放的神经肽和其他活性物质是传递感觉神经与免疫系统之间交互作用信号的重要载体。为了探究ASIC3在调节银屑病性炎症中的作用是否依赖于这种外周神经元的囊泡外泌机制，研究人员在Asic3–/–小鼠和野生型小鼠中进行了肉毒素A（botulinum neurotoxin A, BoNT/A）的局部注射实验（见图4a）。BoNT/A能够切割突触体相关蛋白25（synaptosomal-associated protein 25, SNAP-25），阻断SNARE复合体依赖的囊泡释放过程。实验结果显示，BoNT/A能够在野生型小鼠中有效阻止全身性炎症反应的发生，但在Asic3–/–小鼠中，BoNT/A注射并没有进一步缓解脾肿大的情况（见图4b）。此外，BoNT/A治疗还减轻了野生型小鼠的表皮增厚和角质细胞过度增殖现象，缓解了Th17炎症表型，但在Asic3–/–小鼠中却没有这种效果（见图4c-e）。这些发现表明，ASIC3在调节银屑病性炎症中的作用依赖于外周感觉神经元的囊泡外泌过程，这一过程可能通过释放感觉神经末梢的活性物质来实现。
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图4. 神经肽的囊泡释放对于ASIC3依赖的Th17型炎症反应是必需的
5. ASIC3通过活性依赖的CGRP释放促进银屑病进展CGRP被认为在Th17型炎症反应中发挥关键作用，研究人员据此推测ASIC3可能触发CGRP的释放，从而调控银屑病的炎症反应。为了验证这个假设，研究人员检测了离体培养的背根神经节（dorsal root ganglion, DRG）神经元培养基中的CGRP水平。研究发现，在酸性环境（pH 5.5）刺激下，野生型DRG神经元培养基中的CGRP浓度显著上升，而ASIC3敲除组则没有这种变化，且这种上升也可以被ASIC拮抗剂阿米洛利（amiloride）所阻断（见图5a）。此外，使用BoNT/A阻断感觉神经元的囊泡释放也能减少酸刺激下CGRP的释放（扩展数据图，见原文）。ASIC3的非质子激动剂2-胍基-4-甲基喹啉（2-guanidine-4- methylquinazoline, GMQ）在野生型DRG神经元中引起的CGRP释放增加也更为显著，这都提示ASIC3激活会介导CGRP释放。在体水平对IMQ造模小鼠的背部皮肤CGRP浓度进行测定发现，Asic3–/–小鼠的皮肤样本CGRP水平低于野生型（见图5c）。Asic3–/–小鼠的病变部位CGRP阳性和PGP9.5阳性神经密度也低于野生型小鼠（见图5d, e）。![]()
图5. ASIC3激活促进CGRP释放
为进一步探究CGRP是否为ASIC3调控银屑病免疫反应所必需，研究人员在野生型小鼠每日IMQ处理前皮内注射了CGRP拮抗剂BIBN4096。该处理不仅有效抑制了脾肿大，还抑制了表皮增殖和IL-23、IL-17、IL-22细胞因子的产生（见图6）。相反，连续8天在Asic3–/–小鼠每日IMQ处理前皮内注射补充CGRP，会显著增加了Asic3–/–小鼠的全身炎症和局部皮肤病理变化，包括加剧的表皮增殖和增强的Th17型细胞因子产生，且效果与野生型小鼠皮损情况相似（见图6）。对CGRP下游进一步探索发现，DRG神经元上的ASIC3激活及CGRP释放会直接上调共培养体系中骨髓诱导的树突状细胞（bone marrow-derived dendritic cells, BMDCs）IL-23的表达（扩展数据图，见原文），也可以直接作用于表皮生成细胞，促进其增殖（扩展数据图，见原文）。这些结果说明，ASIC3通过调节活动依赖性的CGRP释放来加剧银屑病的炎症反应。![]()
图6. ASIC3通过CGRP释放加剧银屑病样皮肤炎症
6. H+与溶血卵磷脂（lysophosphatidylcholine, LPC）共同激活ASIC3贡献银屑病进展最后，为了探究在银屑病性炎症环境中ASIC3是如何被激活的，研究人员利用电化学生物传感器测量了银屑病病变区域的细胞外pH值。结果显示，与用对照溶剂处理的皮肤相比，IMQ造模部位在7天处理过程中pH值逐渐降低（扩展数据图，见原文）。此外，研究人员还对IMQ诱导的银屑病病变进行了脂质组学分析，发现与对照组皮肤样本相比，病变部位脂质特征明显不同。特别是，LPC在亚类水平上显著上调，其中LPC 14:0、16:1、18:2、18:3和20:3等分子种类在多重比较后显示出显著升高，这表明它们在银屑病皮肤中可能具有特定的生物学功能（扩展数据图，见原文）。为解析LPC如何影响ASIC3功能，研究人员选择了在银屑病皮肤中增加百分比最高的LPC14:0进行研究（见图7a）。结果发现，LPC14:0不仅能在较低浓度（10 µM）时增强由酸刺激引发的电流，而且在较高浓度（30 µM）时，生理pH值7.4条件下，也能直接诱导ASIC3依赖的电流（见图7b, c）。此外，LPC14:0也可以通过ASIC3依赖的方式增加DRG神经元CGRP释放（见图7d）。为了探索LPC在体内的效应，研究人员还进行了LPC14:0的皮下注射实验，结果LPC14:0在野生型小鼠（而非Asic3–/–小鼠）中引起了表皮增殖和Th17细胞因子增加（见图7e–i）。![]()
图7. LPC在银屑病样皮肤炎症条件下作为非质子配体促进ASIC3激活
综上所述，研究揭示，LPC可作为触发因素，在ASIC3依赖的银屑病炎症加剧中发挥重要作用。这一过程可能通过协调活动依赖的CGRP释放，引发由树突状细胞介导的免疫反应和角质形成细胞增殖。这些新发现都为理解这一病理情况下的神经免疫机制提供了新的视角（见图8）。
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图8. ASIC3调控银屑病样皮肤炎症的机制模式图
皮肤作为感觉界面和物理屏障，经常面临外部刺激，这些刺激可能触发包括银屑病在内的皮肤疾病的炎症反应。本研究关注皮肤微环境的变化，鉴定了银屑病中组织酸化和脂质代谢紊乱两个关键因素共同促进了疾病的发生和发展。本研究揭示了ASIC3，一种之前在皮肤炎症研究中较少关注的离子通道，实际上在调节银屑病的炎症反应中发挥重要作用。在IMQ诱导的银屑病模型中，与载体对照组相比，病变区域存在显著的组织酸化。这种酸化环境可能是ASIC3激活的触发因素，进而引发神经免疫相互作用。除了组织酸化，本研究还观察到银屑病皮肤中特定脂质分子种类的上调，加剧ASIC3的激活并导致感觉神经元中CGRP的释放，作为树突状细胞上游信号，启动下游IL-23上调等一系列TH17炎症反应，贡献银屑病样皮肤表型。这些发现强调了ASIC3在银屑病中的重要性，这些发现不仅为银屑病的治疗了新的干预靶点，也为揭示皮肤屏障中神经免疫互作的基本规律提供了新证据。徐天乐教授，上海交通大学特聘教授，国家杰青获得者。现任中国生理学会副理事长，中国神经科学学会副理事长，上海市神经科学会理事长，上海交大医学院-解剖学与生理学系主任、松江研究院执行院长和国家儿童医学中心（上海）儿童脑科学中心主任。曾先后担任科技部“973”项目《重要新型膜离子通道门控和调节机制的结构基础》以及科技创新2030-“脑科学与类脑研究”重大项目《情绪情感演化及与认知互作的神经环路机制》的首席科学家。徐天乐教授长期致力于氢离子（H+）门控的酸敏感离子通道（ASIC）的生理功能和门控机理研究。经二十余年对H+-ASIC的系统研究，取得三个重要发现。一是发现ASIC除了传统H+配体外，还存在着非H+配体，进而证明ASIC为双配体门控离子通道；二是揭示H+-ASIC广泛参与突触可塑性、学习记忆等生理过程以及慢性痛、脑卒中等病理过程，明确了H+的信号功能；三是发现了H+-ASIC1a-RIPK1细胞死亡新通路。这些发现拓展了ASIC的内涵，并引领了ASIC研究的范式变革。系列研究成果在Neuron、J Neurosci、eLife等发表后，被引用近万次。近年来拓展的另一研究方向从神经环路的视角探索精神性疾病的干预新途径。该研究工作由上海交通大学医学院基础医学院黄晨高级实验师、附属新华医院皮肤科孙沛昳博士和附属仁济医院耳鼻喉科江一鸣副主任医师作为第一作者共同完成；上海交通大学医学院徐天乐教授及课题组博士后齐昕博士、原课题组成员（现复旦大学脑科学转化研究院课题组长）李伟广研究员为共同通讯作者。这项研究得到了科技创新2030—“脑科学与类脑研究”重大项目、国家自然科学基金、美国国立卫生研究院研究基金、上海市科学技术委员会基金、上海市卫生健康委员会基金、上海市高水平地方大学创新研究团队等支持。同时，还得到上海市第一人民医院王宏林教授、新华医院姚志荣教授、美国德克萨斯大学朱曦教授、华东师范大学田阳教授等合作支持。
https://www.shsmu.edu.cn/sri/yjdw1/gjrcjh/xtl.htmhttps://www.nature.com/articles/s41467-024-49577-3如果您对脑科学传播感兴趣，或者期待通过撰写文献解读督促自己阅读和思考最新的文献，亦或者是您想通过撰写文献解读锻炼自己的科学写作能力，欢迎联系NeuExpress编辑部，联系方式：
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