IF 18｜疼痛也分性别？单细胞结合空间转录组识别伤害感受器在物种、性别上的差异

2022-06-29 07:39:13, HHY 上海吉凯基因医学科技股份有限公司

一直以来，疼痛是一个主要的医学问题，几千年来，一直用药物治疗。虽然一些新的基于机制的治疗方法最近被批准用于治疗疼痛，但这些方法都是在临床研究中基于生化观察开发的。而在将外周疼痛机制转化为有效的疼痛治疗上，目前的工作远不够。原因之一为，目前机制的研究主要在啮齿动物中进行，而人和小鼠在伤害感受器分子表型上存在重要物种差异。

伤害感受器是检测破坏性和潜在破坏性刺激的特化感觉神经元，是治疗急性和慢性疼痛的主要靶点，发现于背根神经节 (DRG)和三叉神经节。2022年，美国德克萨斯大学和华盛顿大学疼痛中心的研究人员利用单细胞结合空间转录组对单个DRG神经元进行了探究，以识别伤害感受器的转录特征，物种差异和潜在的药物靶点。

空间转录组产生接近单神经元分辨率

八个器官捐赠者的DRG神经元的分子特征分析表明，DRG神经元可被分为12种群（图1D），且没有任何一种群是由单个样本组成的（图1E）。

图1

定义人类感觉神经元亚型

DRG神经元来源于神经嵴细胞，根据细胞的直径和传导速递，这些神经元被分为两类，A-和C- fiber。A-fiber中，作者发现了6个亚群，包括cluster1-5和cluster7，分别被注释为proprioceptors、A SA LTMRs、A RA LTMRs、A LTMRs、Putative A nociceptors、A HTMRs。C-fiber包括5个亚群：cluster6，cluster8-11，被注释为Cold nociceptors、PENK+ nociceptors、TRPA1+ nociceptors、Putative silent nociceptors、Pruritogen receptor enriched。除A-和C- fiber外，作者还鉴定到了Putative C-LTMRs（图1D、2A）。此外，作者还利用RNAscope对以上结果进行了验证。

神经元亚型的空间可视化

结合空转数据，分析表明，Aβ群对应了DRG中直径最大的神经元，而C nociceptors是最小的，A∂介于两者之间（图2C）。

图2

人类感觉神经元的性别差异

啮齿动物的分析表明，雄性和雌性感觉神经元之间存在显著的分子差异，图3A结果表明，雄性和雌性具有相同的DRG神经元亚型。但差异分析鉴定出了44个具有性别差异表达的基因（图3B）。对所有神经元亚群中的差异基因进行富集分析，发现GO Term催产素受体在cluster11中富集，该群中，女性编码CGRP蛋白的CALCA高表达（图3D），这一发现在RNAscope实验中得到了验证。

图3

人和小鼠DRG神经元之间的相似性和差异

通过关注离子通道、G蛋白偶联受体（GPCRs）和其他药理学靶标的表达谱，我们提供了一个丰富的DRG潜在药物靶标图谱。VGNSCs是神经元携带动作电位能力的基础，而感觉神经元表达这些基因的一个独特子集。作者观察到，VGNaC基因在人和小鼠中具有非常相似的表达模式（图4A），表明编码通道孔形成单元的α亚单位的表达是保守的。GPCRs是哺乳动物基因组中最大的受体家族，其中PTGER3、LPAR3基因和代谢型谷氨酸受体家族（GRM）的受体在人和小鼠间有显著差异（图4B）。

图4

人类和非人灵长类感觉神经元亚型的比较

对人类和猕猴的单细胞数据分析表明，两者细胞亚群之间鉴定到了不同的直向同源物，但一些直向同源物具有多对一的映射，这表明一些猕猴亚群可以进一步细分为不同的种群。图5A-C显示了亚群的垂直排列和对应的基因表达。对图5中最具谱系限制性的人类DRG基因的分析，发现表达富集在人类和猕猴中广泛保守，但一些重要基因中存在调控差异，例如人类的PVALB基因在本体感受器和Aβ SA LTMRs中富集，但在相应的猕猴LTMRs不富集（图5B）。