1.1 前言
瘙痒可以被定义为一种能引起搔抓的、不愉快的皮肤感觉。这个360年前由德国医生Samuel Hafenreffer提出的概念并没有描述出瘙痒这种现象的复杂性。瘙痒可分为皮肤源性瘙痒、神经源性瘙痒、神经病理性瘙痒和心理源性瘙痒等，其激活和控制可以发生在皮肤—大脑联系通路的不同水平上。由于瘙痒存在各种类型，因此不可能建立一个普遍适用的瘙痒研究模型，要根据研究目的的不同而选用不同的模型。没有哪一种模型是完美无缺的，某种模型对某一特定类型的研究是合适的，但对其他研究也可能是要受到严格限制的。
1.2 人体研究
这是研究心理源性瘙痒的唯一方法并且可以作为确定其它模型相关性的参考。人体研究可以在以下人群实施：
健康志愿者：通过一些有创的技术方法，临床实验可以用来探索瘙痒的生理过程。这些方法有皮刺实验、与不同医学成像技术相关的离子电渗透法、经皮电刺激法、微透析研究法等。
存在瘙痒的患者：这类研究能更好的理解瘙痒的不同原因并能更好地评价治疗效果
人体研究存在很多限制。首先，医学研究要严格受到法律和伦理的规范。其次，人体研究成本费用高昂;第三，这样的研究存在科学缺陷，例如研究组的规模(很难找到一个特定的组群)。由于很难在人体上进行实验研究，这样就使“实验模型”的应用成为必然。
1.3 动物模型
关于实验动物研究方面的立法是基于这样的原则：在某种特定条件下，使用动物进行科学实验在道德上是可以被接受的。这也是我们的大部分生理、生化、药理知识都来自于动物实验的原因。然而，动物是研究人类疾病的最好模型吗?是否有其它可替代的模型?我们认为至少在近几十年内找不到其他更好的模型。在这种情况下，实验物种的选择至关重要，为确保实验结果从动物推断到人类的有效性我们必须认真考虑这个问题。例如：这个模型只是简单复制了疾病的症状，还是反映了疾病的真实病因(reflecting agent或遗传缺陷)?与人类遗传特质和代谢途径相似或所得疾病与人类相似的动物物种更适合作为动物实验模型。研究者现已经开发出很多可用于研究的不同的瘙痒动物模型(正常的或病理的)，这些动物模型表现出很多瘙痒的特质，但在开始动物实验前评估一下“我们研究所采取的特殊方法对于研究所要达到的目的究竟是否合适?”十分重要。因此在开始任何动物实验前，应确认以下3点：(1)是否可用其它别的方法获得所要结果?实验模型已经被确证了吗?(2)动物的选择最为关键。必须选择哪一个种属?(3)是否有充足的设备来制备此模型?
1.3.1 啮齿类动物
啮齿类动物因其多重特点而被广泛的应用在动物实验领域。它们的特点有易获得、繁殖快、体型小、成本低、易控制。例如，豚鼠可以被用于探索治疗过敏性结膜炎的动物实验，而过敏性结膜炎会引起瘙痒。这个模型建立于使用卵清蛋白连续致敏Hartley豚鼠眼所诱发的结膜炎和对眼睛瘙痒—搔抓反应的观察。大鼠也可用来研究结膜炎胆汁淤积、皮炎和脊髓海绵状血管瘤。这些模型因诱发症状的方法不同而各不相同，但它们都是基于对后爪抓挠动作的观察。典型的搔抓行为表现为不同时长的多次抓挠，而每一次抓挠是指用后爪指甲迅速地反复搔抓受试皮肤区域(通常为颈部皮肤)。大鼠也可用于拓展我们关于皮肤源性瘙痒、神经源性瘙痒和神经病理性瘙痒等这些生理性瘙痒方面的知识。但是，在啮齿类家族中，小鼠是在研究皮肤瘙痒或中枢系统瘙痒的生理性通路方面应用最广泛的动物。诱发疾病小鼠(或原发疾病小鼠)可以被用于阐明疾病机制和研发新的、更有效的治疗药物，如特应性皮炎、自身免疫疾病、二异氰酸盐哮喘、胆汁淤积的小鼠模型。小鼠模型可分为四类：自发患病小鼠、基因工程小鼠(转基因小鼠，基因敲除小鼠)、蛋白敏化致病小鼠、人性化(人源化性)小鼠模型。
小鼠模型的一个重要特性是可以用作探明某一基因病理学含义的基因工具。这项应用的一个最好例子是Carstens小组对于瘙痒的中枢神经传递中P物质作用的研究。在这项研究中，他们将小鼠的前速激肽A基因敲除，然后比较了其与野生鼠间由五羟色胺引起的瘙痒的不同。
尽管存在许多优点，但小动物与人类相比仍有很多解剖与生理上的差异。例如这些动物体毛厚密而表皮和真皮菲薄。还有，啮齿类动物在皮肤源性瘙痒和神经源性瘙痒方面与人类差别很大。如神经肽P物质能诱发人类搔抓但不能引起啮齿类动物搔抓，即使能诱发但所要求的强度也不同。这些瘙痒活体在药理学上的种属差异能产生明显不同的结果和解释。最具代表性的例子是组胺,组胺是最著名的能引起人类瘙痒的物质，但这一活性物质却不能引起啮齿类动物瘙痒;反过来，一些可引起啮齿类动物瘙痒的物质也不能引起人类瘙痒。例如，鞘内注射吗啡可引起人类严重的长时间瘙痒，但这种现象不会在啮齿类动物身上发生。还有，疼痛诱发啮齿类动物出现的一些搔抓反应可以被吗啡减弱，证明这种反应并不能代表是一种瘙痒感觉。
1.3.2 猪
出于成本、体积、圈养及繁殖等各方面的考虑，大型动物很少用于实验研究。但是猪被越来越多地用于制作人类疾病模型，这是因为猪的器官从生理学角度与人类最相近，而且许多人类疾病也会发生在猪的身上。猪是研究皮肤疾病的理想大型动物模型，这是因为猪皮肤的结构和形态学特征与人类皮肤非常相似：猪和人类都有着较厚的表皮，人类表皮厚度为50μm到120μm,猪的表皮厚为30μm到140μm;真皮与表皮厚度比人类是10:1，猪是13:170;还有，它们都具有发达的网桥和真皮乳头小体以及丰富的皮下脂肪组织。尽管在脂质构成上猪的角质层与人类的最相近，但是它们的厚度是不同的。幼猪比成年猪的角质层薄很多,但与人类的角质层最相近。另外一个使得猪模型得以广泛应用的原因是其神经源炎症与人类的相似。事实上，与啮齿类不同，猪与人类对相同分子作用可产生相同的反应及反应程度，引起伴有神经肽释放的CNI(皮肤神经源炎症)就是组胺作用的最好例证。这与对猪的TRPV1的研究一致， TRPV1在猪和人类中就可产生非常近似的反应。猪还适用于对人类神经病学方面的研究。所有以上因素的存在使猪模型得以在神经—皮肤研究领域中应用。最近，猪模型也被应用于对渗透作用的研究并被用作净化模型、炎症模型及过敏性皮炎模型。
1.3.3 人类以外的灵长类
动物世界里，灵长类的感觉系统与人类的最接近。人和猴子对刺激有相似的感受阈和神经反应阈。以瘙痒为例，当猴子接受组胺或鞘内注射吗啡后可产生与人类同样程度的抓挠反应，这种脊髓行为的同源性使得我们可以应用猴子模型来研究鞘内注射阿片肽与瘙痒的关系。只是伦理和资金方面的原因使灵长类动物在研究领域不能被广泛地应用。
为避免不必要的动物实验，大部分科学团体和政府组织达成了伦理共识，即倡导Russell和Burch提出的3R原则，这也成为许多国家实验动物使用的总原则。
Refinement-优化：尽量使用那些能避免、缓解或最小化实验动物疼痛、应激及其它副反应的、并能提高动物的舒适性的方法。
Reduce-减少：是指那些能使研究者从最少量的、或相同数目的动物中获得最大量信息的方法，。
Replacement-替代：是指在能达到同样科学目的的情况下，尽量选择不使用动物的方法。
1.4 离体实验模型
根据欧洲委员会的指导意见以及减少使用实验动物数量的目标要求，科学家们开始尝试应用离体实验模型。然而瘙痒模型是非常复杂的，不可能将所有瘙痒的致病因素集中到一个培养皿上。事实上，使用离体实验模型的目的并非复制瘙痒的整个病理生理过程，而是对研究对象(多细胞、细胞、受体)复杂性的简化。瘙痒的离体实验研究不能脱离对炎症反应的研究，离体实验需要严格地控制实验条件以保证其可重复性。
瘙痒感受器与伤害性感受器的不同首先表现在瘙痒感受器对组胺有强烈的反应。毋庸置疑，组胺是最著名的致痒剂，也是抗瘙痒治疗的主要目标。然而组胺敏感性神经纤维的存在不能解释瘙痒的所有特点，特别是机械刺激引起的瘙痒或不引起特征性潮红反应的瘙痒，因此一定存在另一种传入纤维参与瘙痒的形成。而离体实验可以通过对神经肽的电生理、钙含量检测以及Elisa实验、细胞免疫荧光实验等给我们提供大量的有关信息。
神经元并不是参与瘙痒形成的唯一细胞。皮肤是人体主要的感觉器官，整个表皮层是感觉系统的“前哨”。研究皮肤细胞上的TRPV1受体、PAR297,98受体或NGF、神经肽、细胞因子等介质是研究瘙痒的新方法。这些研究有助于为我们理解神经细胞与角质形成细胞、默克尔细胞、黑色素细胞、肥大细胞和内皮细胞等的细胞间信息交流提供线索。
肥大细胞在瘙痒研究中备受关注，这是因为它不仅是组胺的主要产生者而且还可释放很多种与瘙痒相关的炎性介质如蛋白酶、TNF-α和白介素。瘙痒离体模型的第一种研究方法是检测不同分子对由复合物48/80诱导的肥大细胞脱颗粒的影响。这个脱颗粒过程可以通过不同方法进行研究，如o-phtaldialdehyde胶束增敏荧光分析法对组胺释放的测定或ELISA法对蛋白酶、TNFα和白介素释放的测定。对肥大细胞的第二种研究方法是采用RT-PCR技术检测分子对炎性介质的影响或应用Western blot技术检测分子对细胞核中NF-kB转录的影响。肥大细胞的激活导致酪氨酸激酶磷酸化以及蛋白激酶C、丝裂原活化蛋白激酶(MAPKs)、核因子(NF-kB)激活引起的细胞内Ca离子动员。NF-KB、MAPK被认为在对细胞应答时促炎症分子(特别是TNF-α、IL-1和IL-6)合成的调节中起着重要作用。
毋庸置疑，瘙痒的形成是细胞间信息交流的结果。更好的实验模型应该是能将同一环境中不同类型的细胞整合到一个共同培养体系中。肥大细胞包括在第一个共同培养体系里，肥大细胞与神经突触间的相互作用于1990年被成功建立。
因为瘙痒受体存在于表皮层中，更为可靠的瘙痒模型一定要能模仿表皮与神经纤维间的相互联系。这种培养的最大问题是很难建立一个共享环境。离体情况下角质形成细胞需要低钙的环境进行增殖，与之相反，神经元轴突的生长却需要高钙环境。然而，在共同培养环境中对角质形成细胞与感觉神经间相互作用的研究是可能的。初级新生脊髓细胞可与大鼠星形胶质细胞培养基在特定35mm的培养皿中共同生长。培养皿中在体条件的复制是通过微通道连接三个分隔的小室，分别培养角质形成细胞(皮肤)、感觉神经元(神经节细胞)和脊髓细胞(脊髓)，感觉神经元自动向表皮和脊髓发出轴突。这个方法适用于对角质形成细胞和感觉神经元间信息交流的初级研究。该模型在瘙痒研究中也存在着一些局限：如使用的条件培养基在实验过程中非常容易变化;多系列实验时培养皿的形式互不兼容;角质形成细胞与轴突间联系的数目不可复制;人类细胞与大鼠细胞一起培养可能会产生假结果。
有关瘙痒的研究通常采用单物种模型，最简易的是使用啮齿类动物细胞模型，但活体观察研究显示啮齿类动物对研究瘙痒来说是一个不适合的选择猪的细胞由于与人类细胞和炎症反应的相似性而更适合用于瘙痒的研究。这种猪细胞模型过去用于筛选条件，将角质形成细胞和感觉神经元细胞置于孔培养板中，联合培养1周后，使用酶免疫分析法测定孵化后培养皿中神经源炎性标记物P物质的基础浓度，并与能诱导神经源炎性的复合物如辣椒素或蛋白酶作比较。如在体条件下一样，前列腺素E2(瘙痒诱导剂)预处理可增加P物质的释放水平，而钌红(Ca通道拮抗剂)预处理能降低P物质的释放。因此我们可以检测不同分子调节P物质释放及辣椒素诱导CNI产生的能力。这一模型可作为筛选新分子抗炎、抗瘙痒作用的可靠工具。
离体实验与活体实验这两种方法可相互取长补短。如果想更好地理解相互作用系统(如在瘙痒过程)中存在的各种通路，利用硅(in silico)模型将从基因组学、转录组学、蛋白组学、代谢组学、临床学和流行病学数据中得到的各种信息进行整合是十分必要的。
1.5 硅(in silico)模型和in Virtuo模型
生物系统是一个由细胞组分间的生化反应和信号交流构成的无数动态网络形成的复杂系统。其复杂性使得它几乎不能用传统方法进行分析。硅模型可融合各种不同类型的信息。在不久的将来，这些模型将被用来复制实验数据或估测通过实验不能获得的隐藏系统参数。
目前，还没有硅模型用于瘙痒的研究。这些模型需要综合数据库的支持来获取不同类型研究得到的信息。我们能想到如下一些研究项目：
1. 肥大细胞特有基因的研究。这个项目需要使用与过敏性疾病相关的微阵列芯片技术。其目标是通过分析关于肥大细胞基因组、转录组和蛋白组的整合信息去创建一个可构成人类肥大细胞硅模型的数据库。
2.研究过敏反应的离体实验模型。这个项目可通过数学模型再现人类皮肤在注射组胺后产生过敏的不同阶段。
事实上，以上模型不能完全替代瘙痒的动物研究，因为它们还不能真正模仿出活体组织中复杂的相互作用。而离体模型和硅模型是研究中可用于筛选实验的便捷工具。