通過解析人類背根神經節(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

感覺系統是生物體復雜行為和認知功能的基礎。背根神經節(jié)（Dorsal root ganglia, DRGs）被認為是感覺神經元的“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系統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，感覺神經元在細胞形態(tài)、基因表達和生理功能上展現出多樣化特征。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中感覺神經發(fā)生和神經元特化過程，發(fā)現嚴格的細胞發(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同作用共同決定。

▲人類軀體感覺神經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系統發(fā)育的轉錄調控機制。為更全面地探索神經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中神經元譜系發(fā)育的細胞內轉錄調控機制，為揭示感覺神經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)現有一些感覺神經元在人類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復雜體系的生長發(fā)育。該研究不僅展現了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系統的發(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