上海生科院通過單細(xì)胞RNA測(cè)序?qū)|體感覺神經(jīng)元重新分類

　　12月22日的Cell Research 雜志在線報(bào)道，中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院神經(jīng)科學(xué)研究所張旭研究組研究發(fā)現(xiàn)，通過高覆蓋的單細(xì)胞測(cè)序和以神經(jīng)元大小為參考的層次聚類，可對(duì)小鼠背根神經(jīng)節(jié)初級(jí)感覺神經(jīng)元進(jìn)行分類，又通過全細(xì)胞膜片鉗在體記錄結(jié)合單細(xì)胞PCR方法可檢測(cè)各類初級(jí)感覺神經(jīng)元對(duì)外周皮膚刺激的反應(yīng)。該工作首次通過高覆蓋的單細(xì)胞測(cè)序?qū)Τ跫?jí)感覺神經(jīng)元進(jìn)行了重新分類，并且建立了基因表達(dá)與在體功能的相互關(guān)系。

　　神經(jīng)元表達(dá)的基因多于其它類型的細(xì)胞，導(dǎo)致了神經(jīng)元具有很高的異質(zhì)性。外周感覺神經(jīng)元是假單極神經(jīng)元，負(fù)責(zé)將外周感覺信號(hào)傳遞到脊髓。以往的研究將初級(jí)感覺神經(jīng)元分為：表達(dá)神經(jīng)肽P物質(zhì)或降鈣素基因相關(guān)肽的肽類小細(xì)胞、結(jié)合植物凝集素B4的非肽類小細(xì)胞、表達(dá)酪氨酸羥化酶的小細(xì)胞和表達(dá)神經(jīng)絲200的大細(xì)胞。在嚙齒類動(dòng)物，小細(xì)胞通過無髓鞘的C纖維或薄髓的Aδ纖維將外周感覺信號(hào)傳遞到脊髓背角I-II層，而大細(xì)胞則通過厚髓的Aβ纖維將外周感覺信號(hào)傳遞到脊髓背角III-V層。通過功能特性還可將初級(jí)感覺神經(jīng)元分為機(jī)械感受器、傷害性感受器、熱感受器和癢感受器。依據(jù)反應(yīng)類型可將傷害性感受器稱為機(jī)械熱、機(jī)械敏感的或機(jī)械不敏感的傷害性感受器等。

　　為了更好地了解初級(jí)感覺神經(jīng)元的細(xì)胞類型、分子特性和生理特性，張旭研究組的李昌林等利用高覆蓋的單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)，檢測(cè)了成年小鼠腰段背根神經(jīng)節(jié)中的初級(jí)感覺神經(jīng)元的基因表達(dá)。通過檢測(cè)差異基因表達(dá)和生物信息學(xué)分析，獲取了初級(jí)感覺神經(jīng)元的細(xì)胞類型和代表性基因。通過在體全細(xì)胞膜片鉗的方法，記錄了初級(jí)感覺神經(jīng)元對(duì)外周熱、冷、壓力等5種刺激的反應(yīng)，結(jié)合單細(xì)胞PCR的方法，進(jìn)一步分析了被記錄細(xì)胞的代表性基因，并將之歸類。最終發(fā)現(xiàn)，初級(jí)感覺神經(jīng)元小細(xì)胞可分為1類低閾值機(jī)械感受器和5類機(jī)械熱傷害性感受器，其中5類機(jī)械熱傷害性感受器分別各有2個(gè)亞類。初級(jí)感覺神經(jīng)元大細(xì)胞可以分成4類，包括表達(dá)神經(jīng)外營養(yǎng)蛋白1（Neurexophilin-1, Nxph1）的機(jī)械熱傷害性感受器和表達(dá)腦組織特異性血管生成抑制劑1相關(guān)蛋白2樣蛋白1（BAI1-associated protein 2-like 1, Baiap2l1）的機(jī)械傷害性感受器，其中表達(dá)運(yùn)輸?shù)鞍啄遗輳?fù)合體3樣蛋白(Trafficking protein particle complex 3-like, Trappc3l)或者表達(dá)Baiap2l1的大神經(jīng)元也分別有2個(gè)亞類。

　　這項(xiàng)題為“通過高覆蓋的單細(xì)胞測(cè)序和功能研究鑒定軀體感覺神經(jīng)元類型”的工作，是在研究員張旭指導(dǎo)下由李昌林等完成的。該工作獲中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和青年科學(xué)基金項(xiàng)目支持。

　　圖A. 熱圖顯示了197個(gè)神經(jīng)元依據(jù)細(xì)胞大小排列的層次聚類的矩陣。10個(gè)族群通過黑線方框標(biāo)注，族群的細(xì)胞大小顯示在左側(cè)。圖B. 背根神經(jīng)節(jié)初級(jí)感覺神經(jīng)元分類示意圖。依據(jù)單細(xì)胞測(cè)序和原位雜交數(shù)據(jù)建議其類別和比例，依據(jù)電生理實(shí)驗(yàn)并結(jié)合已發(fā)表文獻(xiàn)進(jìn)行功能注釋。