2024年11月08日美国哈佛医学院David D Ginty教授研究团队在Science杂志发表题目为《C-LTMRs evoke wet dog shakes via the spinoparabrachial pathway》的研究性文章,该文章确定了触发小鼠典型的“湿狗抖动”行为的神经回路,这涉及到一类特殊的触觉感受器,以及连接脊髓和大脑的神经元。
Science封面:阿拉斯加卡特迈国家公园和保护区的一只棕熊正在河边进行“湿狗抖动”
该论文揭示了哺乳动物通过C-LTMR到脊髓-副交感神经元(spinoparabrachial)通路来实现“湿狗抖动”行为,从而清除背部皮肤上的水分和刺激物。研究表明,Piezo2依赖的C-LTMRs在接触水滴或油滴时被激活,并通过突触连接至副交感神经核的兴奋性神经元来诱发抖动行为。抑制这一神经通路会削弱小鼠的抖动反应,表明该通路在移除机械性刺激物中具有关键作用。这项研究不仅揭示了湿狗抖动行为的神经机制,还为理解哺乳动物如何通过特定的神经回路来响应环境刺激提供了见解。
1.研究者们测试了多种感觉刺激,包括游泳、喷水、油滴、轻空气喷和氯喹注射等,来诱发小鼠的“湿狗抖动”样行为,结果发现油滴在小鼠颈部的应用最可靠地诱发了“湿狗抖动”,伴随着抓挠和梳理行为。最后选择油滴刺激作研究“湿狗抖动”的模型。
2.通过遗传操作敲除了小鼠颈部以下所有背根神经节(DRG)中的机械敏感离子通道Piezo2,并测试了对水浴或油滴刺激的反应。结果发现缺少Piezo2的小鼠对油滴刺激没有“湿狗抖动”样行为,对水刺激的反应也几乎完全丧失。
3.使用活体DRG钙成像实验来评估油滴应用于毛发皮肤时不同主要机械感觉神经元亚型的反应,结果发现低阈值机械感受器(LTMRs)中C-LTMRs、Aδ-LTMRs和Aβ SA1-LTMRs三种亚型对油滴刺激有强烈反应,确定了C-LTMRs、Aδ-LTMRs和Aβ SA1-LTMRs可能是机械刺激诱发湿狗摇的驱动因素。
4.通过光遗传学手段激活四种LTMR亚型,发现只有C-LTMRs的光遗传学激活一致地诱发了“湿狗抖动”样行为。
5.特异性地消融C-LTMRs,并测试了油滴刺激引起的“湿狗抖动”样行为,结果发现C-LTMRs的消融导致油滴诱发的“湿狗抖动”行为减少了约50%,这表明C-LTMRs对油滴诱发的“湿狗抖动”行为是必需的,但不是唯一的感受器。
6.通过光遗传学激活C-LTMR的中枢终端,研究人员发现C-LTMR与脊髓-旁脑通路(spinoparabrachial pathway,SPB)神经元存在突触联系,并且激活C-LTMR终端能诱发SPB神经元的兴奋性突触后电流(EPSCs)。
7.抑制SPB神经元的突触传递显著减少了油滴引发的“湿狗抖动”。