通過解析人類背根神經(jīng)節(jié)發(fā)育過程在體外構建DRG類器官模型研究

科學家建立類器官平臺，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)是生物體復雜行為和認知功能的基礎。背根神經(jīng)節(jié)（Dorsal root ganglia, DRGs）被認為是感覺神經(jīng)元的“大本營”，在處理感覺信息中起著至關重要的作用。其生長發(fā)育與人類自身感覺變化密切相關，使人類可以靈活應對環(huán)境變化。長期以來，人類感覺特征的發(fā)育機制猶如“黑箱”，讓人始終不得其解。

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

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形成背根神經(jīng)節(jié)。DRG像是“信息樞紐”，通過對感覺信號進行初步整合，將其傳遞到中樞神經(jīng)系統(tǒng)進行綜合處理和解讀，從而使生物體能夠對環(huán)境變化做出適應性反應。

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

研究團隊通過解析人類DRG中感覺神經(jīng)發(fā)生和神經(jīng)元特化過程，發(fā)現(xiàn)嚴格的細胞發(fā)生順序是建立DRG復雜細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，是由外部信號和內部轉錄因子的協(xié)同作用共同決定。

▲人類軀體感覺神經(jīng)元分化邏輯和調控機制

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

借助這一前沿技術，研究團隊成功驗證了DRG中神經(jīng)元譜系發(fā)育的細胞內轉錄調控機制，為揭示感覺神經(jīng)元多樣性的形成奠定了重要基礎。

02 構建類器官，模擬人類真實感覺

在掌握了指導人類DRG發(fā)育的關鍵信號通路后，研究團隊通過在體外添加與細胞分化階段相匹配的信號組合，成功模擬了這一發(fā)育機制，構建出包含多種感覺神經(jīng)元類型和膠質細胞的DRG類器官。該類器官在發(fā)育過程、細胞類型、轉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）的細胞組成相似

借助DRG類器官，研究團隊發(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。

研究團隊還在DRG類器官中驗證了轉錄因子在調控感覺神經(jīng)元譜系發(fā)育中的關鍵作用。這意味著科學家有望在體外模擬人類感覺神經(jīng)復雜體系的生長發(fā)育。該研究不僅展現(xiàn)了DRG類器官在基礎研究和應用領域的巨大潛力，也為深入探索感覺神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育和功能提供了強有力的平臺。相關研究成果已發(fā)表于《細胞》雜志。

03 助力臨床 疾病治療“新希望”

人類軀體感覺機制復雜多樣。未來，研究團隊將進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)育機制和生理功能的深入探討，并將其應用于臨床相關的鎮(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疾病開辟新的途徑，給患者帶來更多希望和機遇，讓“痛”與“癢”不再成為困擾人類的難題。

來源：中國科學院生物物理研究所