廣東省智能科學(xué)與技術(shù)研究院李昌林課題組致力于發(fā)掘軀體感覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育與疾病的機(jī)理，利用Smart-seq及10x Genomics等高通量單細(xì)胞測(cè)序方法對(duì)背根神經(jīng)節(jié)（Dorsal root ganglion，DRG）中的初級(jí)感覺(jué)神經(jīng)元進(jìn)行系統(tǒng)分類及功能研究。近期，課題組在DRG神經(jīng)元分類的工作基礎(chǔ)上，對(duì)一類具有最小直徑并表達(dá)Zinc-finger CCHC domain containing 12（Zcchc12）的初級(jí)感覺(jué)神經(jīng)元的研究取得重要進(jìn)展，于3月30日在期刊The Journal of Neuroscience上發(fā)表了題為“Zcchc12-Containing Nociceptors Are Required for Noxious Heat Sensation”的學(xué)術(shù)文章。文章利用原位雜交、免疫組化及在體鈣成像記錄等實(shí)驗(yàn)方法首次詳細(xì)描述了Zcchc12神經(jīng)元的基因表達(dá)、末梢形態(tài)、中樞投射，并證明了Zcchc12神經(jīng)元是一類傷害性機(jī)械-熱感受器，在傷害性熱刺激的傳遞中發(fā)揮重要作用。該研究對(duì)理解軀體感覺(jué)的產(chǎn)生和傳遞具有重要意義。
Zcchc12神經(jīng)元是初級(jí)感覺(jué)神經(jīng)元中最小的一群。為研究這類神經(jīng)元的末梢形態(tài)和中樞投射分布特征，研究者構(gòu)建了Zcchc12-CreERT2轉(zhuǎn)基因小鼠，利用AAV2/9-CAG-DIO-mCherry病毒特異性標(biāo)記表達(dá)Zcchc12的神經(jīng)元及其神經(jīng)末梢。研究證明了Zcchc12神經(jīng)元是表達(dá)甘丙肽的DRG神經(jīng)元的一個(gè)亞群。這個(gè)亞群幾乎所有神經(jīng)元都表達(dá)P物質(zhì)，約一半表達(dá)CGRP，是一類肽能小直徑DRG神經(jīng)元。和其他肽能神經(jīng)元一樣，它的中樞端投射到脊髓背角淺層。利用整體皮膚透明化染色，研究者發(fā)現(xiàn)Zcchc12神經(jīng)元的外周神經(jīng)末梢廣泛地分布于無(wú)毛區(qū)皮膚和有毛區(qū)皮膚中。在無(wú)毛區(qū)皮膚中，研究者除了觀察到了傷害性感受器特有的游離神經(jīng)末梢，還在足墊及周圍區(qū)發(fā)現(xiàn)從未被報(bào)道過(guò)的新型密集團(tuán)狀結(jié)構(gòu)。在有毛區(qū)皮膚中，Zcchc12神經(jīng)元的末梢則圍繞毛囊特化成一種不表達(dá)Nefh和CGRP的非典型環(huán)狀末端結(jié)構(gòu)。
為研究Zcchc12神經(jīng)元的功能，研究者在Zcchc12-CreERT2小鼠中，利用在體雙光子成像技術(shù)觀察到標(biāo)記了AAV2/9-CAG-FLEX-GCaMP6s病毒的Zcchc12神經(jīng)元對(duì)傷害性熱、冷和機(jī)械刺激有明顯反應(yīng)，而對(duì)氣流和棉棒擦拭這類非傷害性刺激無(wú)反應(yīng)。接下來(lái)，研究者構(gòu)建了Zcchc12-CreERT2:AviliDTR轉(zhuǎn)基因小鼠，并通過(guò)腹腔注射白喉毒素特異性殺死Zcchc12神經(jīng)元。結(jié)果發(fā)現(xiàn)小鼠對(duì)傷害性熱痛的縮足反應(yīng)時(shí)間明顯變長(zhǎng)，而對(duì)機(jī)械性傷害和冷痛反應(yīng)無(wú)顯著差異。最后研究者還證明了Zcchc12神經(jīng)元不參與神經(jīng)病理性痛的起始和維持。該研究從不同角度和層面對(duì)Zcchc12神經(jīng)元進(jìn)行了詳細(xì)的形態(tài)和功能描述，并為在新分類框架下研究不同神經(jīng)元類群及亞群提供了研究策略，對(duì)研究軀體感覺(jué)的分子機(jī)制具有重要意義。
來(lái)自中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心的博士研究生吳丹和廣東省智能科學(xué)與技術(shù)研究院的陳琰博士為論文共同第一作者，廣東省智能科學(xué)與技術(shù)研究院的李昌林研究員和張旭院士為論文的共同通信作者。該項(xiàng)工作由智能院與中科院上海高等研究院的團(tuán)隊(duì)共同合作完成，并獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院、廣東省科技廳、上海市科委、中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院、深圳市三名工程、廣東省智能院實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等多個(gè)項(xiàng)目的支持。
圖1. Zcchc12神經(jīng)元末梢在皮膚中的分布表達(dá)
圖2. Zcchc12神經(jīng)元對(duì)傷害性熱痛感知是必要的
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