Cell | 我们为什么有感觉？

2022-11-19 16:48:24, 我的闺蜜老红帽

撰文 | 我的闺蜜老红帽

神经生物学最基础问题是神经信号如何从初级机械感觉神经元（mechanosensory neurons）整合传递至体感神经轴（somatosensory neuraxis），并表征机械刺激的。裸肤（glabrous skin）上的机械感觉神经元，比如Aβ，可以快速适配（rapid adapting，简称RA）触觉小体（Meissner corpuscle）或环层小体（Pacinian corpuscles）相连的低阈值机械感受器（low-threshold mechanoreceptors，简称LTMR），即相应的AβRA1-和 AβRA2-LTMRs。而Aβ慢速适配（slowly adapting，简称SA）LTMRs则与默克尔细胞（Merkel cells）以及A-纤维和C-纤维高阈值机械感受器（high-threshold mechanoreceptors，简称HTMR）亚型相连【1-6】，并在皮肤上形成游离末梢。为了持续响应皮肤压痕，AβRA-LTMRs在刺激开始和结束时激活，而AβSA-LTMRs在刺激开始时持续激活，且并不会响应刺激结束信号【5-8】。虽然Aβ LTMRs可以携带机械振动（mechanical vibrations）信息，AβRA-LTMRs的活化阈值则具有频率依赖性：AβRA1-LTMRs编码20-100Hz，而Aβ RA2-LTMRs编码100到超过500Hz。与之相对的是，A-纤维和C-纤维HTMR活化阈值更高，适配更慢。因此，触觉刺激可以活化机械感受体组合，从而从皮肤产生迥异的刺激信号并传送至中枢感觉通路。从外周到中枢的机械感觉通路包括：（1）直接脊椎通路（dorsal column pathway）：携带Ab-LTMR信号由皮肤直接传递至脑干背柱核（dorsal column nuclei）；（2）间接脊椎通路：携带机械感觉信号由脊椎背角（dorsal horn）传递至背柱核；（3）前侧壁（anterolateral）通路：信号由脊椎向丘脑的躯体感觉区（somatosensory thalamus）、臂旁外侧核（lateral parabrachial nucleus）以及其它脑区传递。

目前的问题是，来自外周的机械感受器信号是在中枢神经系统的哪里和如何转化成机体的“感觉”的？近期工作指出，躯体感觉皮层（somatosensory cortex，S1）、丘脑（thalamus）和背柱核可以亚皮层投射Ab-LTMR各亚型信号。因此，学界认可的情况之一是来自多种机械感觉神经元类型的信号可以投射到上述体感体系，并生成复杂的机体感觉。诚然，脊椎背角可以作为机械感受器信号整合的初级地点。这一观点的实验支持是绝大部分Ab-LTMR突触位于背角，而少部分位于背柱核。另外。近期的组织学工作指出背角中的外周机械感受器之间存在相互作用。而以猫为模式生物的工作指出，位于背角中心区域的背柱突触后神经元（postsynaptic dorsal column neuron，简称PSDC）呈现明显的机械感受性能，并具有大限度和高复杂度的投射区域。尤其值得注意的是，背角中含有形态和生理性状各异的抑制性和激动性中间神经元，从而可以支持机械感觉信号输出。尽管如此，背角机械感受器的响应特征、神经投射以及在向中枢传导感受信号中的功能仍旧不得而知。

近日，来自哈佛医学院的David D. Ginty研究组在Cell上发表题为Mechanoreceptor signal convergence and transformation in the dorsal horn flexibly shape a diversity of outputs to the brain 的文章，就上述问题做了系统研究。

作者通过对皮肤进行一系列机械刺激，体内电生理监测以及遗传学操作，发现小鼠脊椎背角的神经元可以既从LTMR又从HTMR接收信号，并且将这些信号转化成范围多样的背柱突触后神经元输出信号。这些信号呈现出六类截然不同的机械响应谱。背角正反馈以及抑制性反馈结构域包含不同机械响应谱的中间神经元。对其进行基因操作，确定背角中神经通路复杂且交织成网状，这是动态的、可塑性强的背柱突触后神经元的功能基础，也是初级体感皮层触觉感应的结构基础。

综合上述现象，作者认为背角可以塑造背柱突触后神经元信号，并通过间接脊椎通路上达背柱核。在背柱核中与来自直接脊椎通路的Aβ-LTMR信号交汇整合。这就是大脑感知身体感觉的方式所在。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.10.012

制版人：十一

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