Abstract Two vesicular glutamate transporters, VGLUT1 and VGLUT2, have recently been identified, and it has been reported that they are expressed by largely nonoverlapping populations of glutamatergic neurons in the brain. We have used immunocytochemistry with antibodies against both transporters, together with markers for various populations of spinal neurons, in an attempt to identify glutamatergic interneurons in the dorsal horn of the mid‐lumbar spinal cord of the rat. The great majority (94–100%) of nonprimary axonal boutons that contained somatostatin, substance P or neurotensin, as well as 85% of those that contained enkephalin, were VGLUT2‐immunoreactive, which suggests that most dorsal horn neurons that synthesize these peptides are glutamatergic. In support of this, we found that most somatostatin‐ and enkephalin‐containing boutons (including somatostatin‐immunoreactive boutons that lacked calcitonin gene‐related peptide and were therefore probably derived from local interneurons) formed synapses at which AMPA receptors were present. We also investigated VGLUT expression in central terminals of primary afferents. Myelinated afferents were identified with cholera toxin B subunit; most of those in lamina I were VGLUT2‐immunoreactive, whereas all those in deeper laminae were VGLUT1‐immunoreactive, and some (in laminae III–VI) appeared to contain both transporters. However, peptidergic primary afferents that contained substance P or somatostatin (most of which are unmyelinated), as well as nonpeptidergic C fibres (identified with Bandeiraea simplicifolia isolectin B4) showed low levels of VGLUT2‐immunoreactivity, or were not immunoreactive with either VGLUT antibody. As all primary afferents are thought to be glutamatergic, this raises the possibility that unmyelinated afferents, most of which are nociceptors, express a different vesicular glutamate transporter.

Menthol and other counterstimuli relieve itch, resulting in an antipruritic state that persists for minutes to hours. However, the neural basis for this effect is unclear, and the underlying neuromodulatory mechanisms are unknown. Previous studies revealed that Bhlhb5−/− mice, which lack a specific population of spinal inhibitory interneurons (B5-I neurons), develop pathological itch. Here we characterize B5-I neurons and show that they belong to a neurochemically distinct subset. We provide cause-and-effect evidence that B5-I neurons inhibit itch and show that dynorphin, which is released from B5-I neurons, is a key neuromodulator of pruritus. Finally, we show that B5-I neurons are innervated by menthol-, capsaicin-, and mustard oil-responsive sensory neurons and are required for the inhibition of itch by menthol. These findings provide a cellular basis for the inhibition of itch by chemical counterstimuli and suggest that kappa opioids may be a broadly effective therapy for pathological itch.

ABSTRACT Unmyelinated non-peptidergic nociceptors (NP afferents) arborise in lamina II of the spinal cord and receive GABAergic axoaxonic synapses, which mediate presynaptic inhibition. However, until now the source of this axoaxonic synaptic input was not known. Here we provide evidence that it originates from a population of inhibitory calretinin-expressing interneurons (iCRs), which correspond to lamina II islet cells. The NP afferents can be assigned to 3 functionally distinct classes (NP1-3). NP1 afferents have been implicated in pathological pain states, while NP2 and NP3 afferents also function as pruritoceptors. Our findings suggest that all 3 of these afferent types innervate iCRs and receive axoaxonic synapses from them, providing feedback inhibition of NP input. The iCRs also form axodendritic synapses, and their targets include cells that are themselves innervated by the NP afferents, thus allowing for feedforward inhibition. The iCRs are therefore ideally placed to control the input from non-peptidergic nociceptors and pruritoceptors to other dorsal horn neurons, and thus represent a potential therapeutic target for the treatment of chronic pain and itch.

ABSTRACT Somatosensory information is processed by a complex network of interneurons in the spinal dorsal horn. It has been reported that inhibitory interneurons that express neuropeptide Y (NPY), either permanently or during development, suppress mechanical itch, with no effect on pain. Here we investigate the role of interneurons that continue to express NPY (NPY-INs) in adulthood. We find that chemogenetic activation of NPY-INs reduces behaviours associated with acute pain and pruritogen-evoked itch, whereas silencing them causes exaggerated itch responses that depend on cells expressing the gastrin-releasing peptide receptor. As predicted by our previous studies, silencing of another population of inhibitory interneurons (those expressing dynorphin) also increases itch, but to a lesser extent. Importantly, NPY- IN activation also reduces behavioural signs of inflammatory and neuropathic pain. These results demonstrate that NPY-INs gate pain and itch transmission at the spinal level, and therefore represent a potential treatment target for pathological pain and itch.