魚會不會覺得癢呢?

■魚會不會覺得癢呢?沒錯!這是一個有正確答案的問題,根據今年六月一篇發表在 eLife 期刊的研究,斑馬魚是會覺得癢的。

圖片來源By Azul - Own work, Copyrighted free use, wikimedia

撰文|黃佳欣

「癢」是身體感覺到一種不舒服感,會產生讓人想要去抓撓的衝動。這類感覺系統機制的演變讓動物可以藉由抓癢的行為把身上有害的寄生蟲或是物質移除。諸如機械性壓力(例如按,壓)、溫度或是化學物質會刺激皮膚上特化的神經元細胞,繼而讓人有觸覺,痛覺和癢覺的反應。

這些特化的神經細胞表面帶有許多不同的蛋白質受器,當特定的受器被刺激時,神經元細胞就會傳遞訊息到大腦。這類蛋白質受器就像安插在神經元細胞膜上的管道,當特定的離子通過管道便會讓細胞產生電位變化而傳遞訊息出去。在哺乳動物中,癢覺跟痛覺使用兩群不同的受器,而其中一類稱作 TRP (瞬態電壓感受器族)離子通道,它對於痛覺與癢覺皆扮演重要的角色。例如,直接去刺激動物身上的 TRP 離子通道就會引發疼痛感。然而,當接收「癢」的特定感覺受器被激活後,同時也會接著去激活 TRP 受器。雖然這些感覺反應的過程在哺乳動物已經得到充分的研究,但我們對於其他動物是否會有癢的感覺卻是知之甚少。

為了探索這件事,由 Ajay Dhaka 帶領的團隊利用會讓哺乳動物產生癢覺的藥物施用在斑馬魚上來進行研究。他們發現用於治療某類皮膚疾病的藥物 imiquimod (咪喹莫特) 會引發斑馬魚產生癢覺 (圖一)。當這種化學物質注射到魚的嘴唇上時,斑馬魚會不斷地去摩擦水缸壁,類似於抓癢的行為產生。進一步的實驗證實這種化學物質是直接激活斑馬魚的痛覺受器 TRPA1。而當研究人員將 TRPA1 這個受器基因剔除之後,這種化學物質就不會引發斑馬魚摩擦水缸壁的行為。因此, TRPA1受器對於斑馬魚產生「抓癢」的行為是必須的。

圖一 |紅線代表追蹤斑馬魚游泳行為軌跡。左圖是斑馬魚正常的游泳行為。中間是注射 10 µM AITC (allyl isothiocyanate, 異硫氰酸烯丙酯為芥末內刺激性物質) 在斑馬魚上唇之後,魚產生痛覺反應的行為,活動力明顯地降低,右圖是注射100 μM IMQ (imiquimod, 咪喹莫特是會引發癢覺的藥物)在斑馬魚上唇之後,魚會不斷地摩擦水缸壁,類似抓癢的行為表現。圖片來源: Fig. 1k in Esancy et al. (2018) eLife 7:e32036。

Dhaka的團隊還應用基因工程技術透過螢光蛋白來追蹤具備痛覺受器的神經元細胞,觀察哪些神經元對這種化學物質產生反應而發出紅色螢光。這個技術進一步發現在斑馬魚的皮膚中,至少有兩群功能上截然不同的神經元細胞。這兩群神經元細胞都有表現 TRPA1 基因,其中一群神經元主要跟引發斑馬魚「抓癢」行為有關聯,它們的 TRPA1受器在低濃度刺激時就會產生反應。另一群神經元則相對較不敏感,只對於高強度的刺激產生反應,而且跟動物產生痛覺反應的行為例如停止不動或行為緩慢有關。另外,研究人員也在小鼠的實驗中觀察到相同的結論,表示類似的感覺控制機制也存在於哺乳動物中。這個研究指出動物的皮膚利用兩群不同神經元上的受器對於相同刺激物具備不同的反應閥值,繼而區分經歷癢覺與痛覺的編碼策略。

研究魚這類動物如何感覺到癢,不僅可以深入了解探討這些感覺系統是如何在動物類群中演變。甚至,透過在分子與細胞層次上更加了解這種機制,將有助於改善或是設計出減輕搔癢與疼痛更好的治療方法。

 

參考資料:

  1. Esancy K, Condon L, Feng J, Kimball C, Curtright A, Dhaka A (2018). A zebrafish and mouse model for selective pruritus via direct activation of TRPA1. eLife 7:e32036. DOI: 10.7554/eLife.32036
  2. Ross SE (2011). Pain and itch: insights into the neural circuits of aversive somatosensation in health and disease. Current Opinion in Neurobiology 21:880–887. https://doi.org/10.1016/j.conb.2011.10.012

--
作者:黃佳欣 ,台灣大學昆蟲學博士。現為中央研究院資訊科學所博士後研究員。過去以昆蟲生理及腸道菌共生關係為研究主題,目前聚焦於生物資訊與功能性基因體學。

 

加入好友

人瀏覽過