科學(xué)家建立類器官平臺，揭開人類感覺“黑箱” | 科技前線

原創(chuàng)：盧甜 來源：中科院之聲

感覺系統(tǒng)是生物體復(fù)雜行為和認(rèn)知功能的基礎(chǔ)。背根神經(jīng)節(jié)（Dorsal root ganglia, DRGs）被認(rèn)為是感覺神經(jīng)元的“大本營”，在處理感覺信息中起著至關(guān)重要的作用。其生長發(fā)育與人類自身感覺變化密切相關(guān)，使人類可以靈活應(yīng)對環(huán)境變化。長期以來，人類感覺特征的發(fā)育機(jī)制猶如“黑箱”，讓人始終不得其解。

為了深入理解人類軀體感覺的復(fù)雜性，中國科學(xué)院生物物理研究所研究員王曉群團(tuán)隊聯(lián)合北京師范大學(xué)教授吳倩團(tuán)隊及中國科學(xué)院院士、廣東省智能科學(xué)與技術(shù)研究院張旭團(tuán)隊，通過解析人類背根神經(jīng)節(jié)（DRG）的發(fā)育過程，并成功在體外構(gòu)建DRG類器官模型，揭示了人類獨(dú)特的軀體感覺特征。

01 人類感覺“信息樞紐”的秘密

感覺神經(jīng)元是生物體與外界環(huán)境交互的橋梁，其胞體聚集在脊髓背側(cè)形成背根神經(jīng)節(jié)。DRG像是“信息樞紐”，通過對感覺信號進(jìn)行初步整合，將其傳遞到中樞神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行綜合處理和解讀，從而使生物體能夠?qū)Νh(huán)境變化做出適應(yīng)性反應(yīng)。

為了準(zhǔn)確傳遞感覺信號刺激，感覺神經(jīng)元在細(xì)胞形態(tài)、基因表達(dá)和生理功能上展現(xiàn)出多樣化特征。那么DRG是如何發(fā)育并發(fā)揮調(diào)控機(jī)制的？

研究團(tuán)隊通過解析人類DRG中感覺神經(jīng)發(fā)生和神經(jīng)元特化過程，發(fā)現(xiàn)嚴(yán)格的細(xì)胞發(fā)生順序是建立DRG復(fù)雜細(xì)胞類型的重要因素之一。感覺神經(jīng)元在不同的發(fā)育階段和譜系中的命運(yùn)，是由外部信號和內(nèi)部轉(zhuǎn)錄因子的協(xié)同作用共同決定。

▲人類軀體感覺神經(jīng)元分化邏輯和調(diào)控機(jī)制

研究團(tuán)隊長期以來致力于研究神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制。為更全面地探索神經(jīng)譜系分化背后的轉(zhuǎn)錄分子特征，研究團(tuán)隊開發(fā)了基于成像的TF-seqFISH空間轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)。該技術(shù)能夠以亞細(xì)胞級分辨率揭示轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)特征。

借助這一前沿技術(shù)，研究團(tuán)隊成功驗證了DRG中神經(jīng)元譜系發(fā)育的細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制，為揭示感覺神經(jīng)元多樣性的形成奠定了重要基礎(chǔ)。

02 構(gòu)建類器官，模擬人類真實感覺

在掌握了指導(dǎo)人類DRG發(fā)育的關(guān)鍵信號通路后，研究團(tuán)隊通過在體外添加與細(xì)胞分化階段相匹配的信號組合，成功模擬了這一發(fā)育機(jī)制，構(gòu)建出包含多種感覺神經(jīng)元類型和膠質(zhì)細(xì)胞的DRG類器官。該類器官在發(fā)育過程、細(xì)胞類型、轉(zhuǎn)錄組特征及感覺功能方面高度仿真了人類DRG的特性。

▲人DRG（左）和DRG類器官（右）的細(xì)胞組成相似

借助DRG類器官，研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)有一些感覺神經(jīng)元在人類DRG中“特異般”富集，傳遞傷害性感覺，例如疼痛和瘙癢。

研究團(tuán)隊還在DRG類器官中驗證了轉(zhuǎn)錄因子在調(diào)控感覺神經(jīng)元譜系發(fā)育中的關(guān)鍵作用。這意味著科學(xué)家有望在體外模擬人類感覺神經(jīng)復(fù)雜體系的生長發(fā)育。該研究不僅展現(xiàn)了DRG類器官在基礎(chǔ)研究和應(yīng)用領(lǐng)域的巨大潛力，也為深入探索感覺神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育和功能提供了強(qiáng)有力的平臺。相關(guān)研究成果已發(fā)表于《細(xì)胞》雜志。

03 助力臨床 疾病治療“新希望”

人類軀體感覺機(jī)制復(fù)雜多樣。未來，研究團(tuán)隊將進(jìn)一步深化對人類軀體感覺的研究，利用DRG類器官開展感覺發(fā)育機(jī)制和生理功能的深入探討，并將其應(yīng)用于臨床相關(guān)的鎮(zhèn)痛、止癢藥物篩選。

這一研究方向有望為治療人類軀體感覺相關(guān)疾病開辟新的途徑，給患者帶來更多希望和機(jī)遇，讓“痛”與“癢”不再成為困擾人類的難題。

來源：中國科學(xué)院生物物理研究所