用户文章Cell Rep-单细胞测序揭示皮肤触觉和力转导相关机制

论文标题：Maturational Changes in Mouse Cutaneous Touch and Piezo2-Mediated Mechanotransduction

刊登日期：2020年8月                   

发表杂志：Cell Reports

影响因子：8.109

研究机构：马普研究所、哥廷根大学医学中心

摘要

动物年龄对动物的研究结果具有深远的影响。在小鼠快速的出生后生长和成熟直至成年（12周龄）期间，小鼠的年龄会严重影响分子、形态、生理和行为参数。

尽管研究人员知道这些限制，但大多数医学研究使用的模型小鼠年龄范围是4到12周，这引起了部分研究人员对实验可重复性问题以及年轻对基因表达影响的潜在担忧。

本文中作者在培养的背根神经节（DRG）中使用小鼠行为和电生理学，揭示了在小鼠成熟过程中行为皮肤触觉敏感性和Piezo2介导的机械传导降低。此外通过结合电生理学与单细胞RNA测序来识别各个Piezo2表达的机械敏感DRG神经元的独特转录变化。通过对这些实验数据的整合，作者强调需要在实验上确定精确的年龄匹配，并在行为、机械转导和转录水平上发现皮肤接触中迄今未知的成熟可塑性。

作者采用了两种非常成熟的行为实验方法，即动态麻醉仪来测试后爪的无毛皮肤（glabrous skin of hind paws）。

与所有其他年龄组相比，4周龄的小鼠表现出明显更快的戒断反应。在两个不同的皮肤测试部位观察到的结果一致性证明了潜在的年龄依赖性运动功能潜在的年龄依赖性差异。

但是两种行为分析均未显示成年12周龄和中年（11-15月龄）小鼠之间的差异。

作者使用RA-MA电流检测等工具证实不同年龄小鼠的DRG培养物中的Piezo2活性有所不同。结果表明与成年鼠和中年鼠的神经元相比，幼年/青壮年鼠的DRG的激活阈值明显较低。DRG神经元中Piezo2介导的RA-MA电流的敏感性会持续下降到第12周，但此后不会下降。这些发现与在行为水平上观察到的机械敏感性减弱有关。

接下来作者研究另一种定制化RA-MA电流——IA-MA（也叫中等程度/中间程度电流）。成年鼠既不影响IA-MA电流的幅度，也不影响其激活阈值。在年龄测试组中，培养的DRG神经元的电压门控钠电流也差异不大。

因此，作者的结果暗示了在整个成熟过程中，RA-MA电流以前未曾意识到的变化。

作者还比较了DRG中不同应答者类型的患病率，这在不同年龄组之间相似，并且与以前的报道一致。根据这些结果，仅通过DRG免疫组化就观察到了NF200阳性（大有髓鞘的），Piezo2阳性和外周蛋白阳性神经元部分的边缘差异。

综上所述，这些发现反对明显的神经元丢失或DRG神经元类型的重新专业化，与早期研究结论一致。

在本章节中，作者将单细胞转录组测序与电生理结果相结合，揭示Piezo2的MA神经元的转录组特征是否可能在整个成熟过程中发生变化。

12周小鼠分离的DRG中，已经显示出低阈值机械感受器（Mec）和伤害感受器（Noci）之间的MA电流在诸如幅度和药理学等各种参数方面有所不同。单细胞RNA测序（联川生物提供）结果表明，Piezo2转录水与RA-MA电流幅度不相关。

作者做了各种假设和验证，也引用了大量的文献，最后认为单细胞测序结果与神经元数量等诸多因素相关分析有很多改进空间的同时，也对RNA翻译蛋白水平等其他可能因素做了相关推测。

总而言之，当将4周龄的幼鼠与12周龄的成年鼠进行比较时，证明了迄今为止在所有三个水平上尚不成熟的可塑性因素：行为、机械转导和RNA转录水平。

具体来说包括——

① 发现6-8周龄后爪和背部皮肤的触觉敏感性明显降低；

② Piezo2介导的RA-MA电流在成人DRG培养物中表现出明显更低的幅度和更高的阈值；

③ 单细胞测序在Noci-RA和Mec-RA神经元中发现了明显的和依赖成熟的变化。

根据这些较为粗糙的结果，作者提倡在生物学研究中需要进行明确动物的年龄信息。这些措施远远超出了此处研究的生理性皮肤接触，对于跨领域的高质量研究至关重要，这些措施是——

（1）增强研究之间的可重复性；

（2）减少研究中的变异性；

（3）以机械方式理解以前观察到的年龄影响，例如对新生儿神经损伤的迟发性触觉超敏反应；

（4）揭示了潜在的被忽略（病理）的生理变化

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