Sci Transl Med：疼痛研究的重要里程碑——人类与鼠、猕猴的DRG神经元差异分析
位于背根神经节（DRG）和三叉神经节的伤害性感受器是治疗急慢性疼痛的主要靶标。过去报道的对小鼠伤害性感受器的单细胞转录组分析已经阐明了其神经发生的机制和在外周神经损伤后的转录组变化。但是由于缺少人DRG的全面的转录组数据，我们并不清楚小鼠的数据在多大程度上能运用到人上，因而对研究成果的临床转化造成困难。
人来源标本的大多数研究都采用单细胞核测序进行分析。但单细胞核测序无法将表达谱与细胞的形态、大小和空间位置相关联，且不能阐明细胞质的表达谱。而神经元胞体较大，使用核测序会丧失细胞质的转录组信息。对神经元进行空间转录组分析，能够在现有研究结果基础上提供更全面的人DRG神经元转录组分析结果。
2022年2月，德克萨斯大学达拉斯分校的Theodore J. Price教授团队在Science Translational Medicine发表原著论文，对8例器官捐赠者的DRG进行空间转录组测序，并通过筛选覆盖整个神经元的空间条形码，获得接近于单细胞水平的转录组数据。
该研究鉴定了12个神经元细胞群；通过性别比较，发现女性的pruritogen receptor-enriched neurons这一细胞群的CALCA（编码CGRP）表达量显著高于男性；通过与小鼠、非人灵长类的DRG转录组进行比较，提供了主要治疗靶标分子在不同物种间表达的相似性和差异性的数据。
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利用空间转录组产生接近于
单细胞水平的测序数据
鉴定人DRG神经元细胞群
研究人员利用10xGenomics Visium空间基因表达技术对8例死亡器官捐赠者的DRG进行空间转录组测序，然后选择覆盖整个神经元的空间条形码进行下游分析，以达到接近于单细胞的水平。
图1：鉴定人DRG中的神经元群体
根据Seurat聚类分析结果和文献报道的标志物，研究人员鉴定了12个细胞群：
（1）A纤维细胞群：
> proprioceptor：富集表达PVALB、NTRK3、ASIC1、低NTRK2、KCNS1、RUNX3；
> Aβ SA LTMR：富集表达PVALB、NTRK3、低NTRK2、RAMP1；
> Aβ RA LTMR：富集表达NTRK3、低NTRK2；
> Ad LTMR：富集表达NTRK2；
> Ab nociceptor：富集表达NTRK3、SCN10A；
> Ad HTMR：富集表达NTRK1、CPNE6、SCN10A，还表达CALCA和LPAR3；
（2）5个C纤维伤害感受器细胞群和1个putative C-LTMR细胞群：
> cold nociceptor：富集表达TRPM8，还表达SCN10A，但TRPV1表达量很低；
> PENK+ nociceptor：富集表达PENK、UCN、PTGER3；
> TRPA1+ nociceptor：富集表达TRPA1、CALCA、TAC1（编码substance P）；
> putative silent nociceptor：富集表达CHRNA3，表达多种离子通道；
> pruritogen receptor enriched：富集表达NPP2、GFRA2、IL31RA、SCN11A；
> putative C-LTMR：表达谱与pruritogen receptor enriched高度相似，但NPPB表达量低。
图2：（A）人DRG各细胞群表达量最高的基因；（B）疼痛基因在各细胞群中的表达情况；（C）各细胞群的神经元胞体直径频率分布
进一步利用RNAscope原位杂交技术对关键标志物进行表达分析，研究人员验证了空间转录组的有效性。值得注意的是，空间转录组的结果显示TRPV1表达于所有的伤害感受器细胞群（除了cold nociceptor表达量很低）。
研究人员对人DRG分离培养的神经元进行电生理实验，结果显示，辣椒素引起所有小直径神经元去极化，其中75%产生动作电位。该结果充分说明TRPV1广泛表达于人伤害性感受器。
图3：人DRG的RNAscope和电生理实验验证
人感觉神经元的性别差异
聚类分析的结果表明神经元的分群没有表现出性别差异。但通过分析各细胞群中的性别差异基因，研究人员发现女性的pruritogen receptor enriched细胞群的CALCA表达显著高于男性。
图4：人DRG神经元表达谱的性别差异
人和小鼠DRG神经元中主要药理学靶标的比较
研究人员着重比较了mousebrain.org中公开的小鼠DRG单细胞测序数据和本研究的人DRG数据中离子通道、GPCR等主要药理学靶标的表达。其中，VGNaC基因的表达非常相似，但SCN4B表达于人DRG所有神经元群，而Scn4b主要表达于小鼠A纤维神经元。GPCR的差异性更大，其中明显的差异表达基因是PTGER3和LPAR3：PTGER3和 LPAR3分别表达于多种人伤害感受器细胞群，而Ptger3和Lpar3局限表达于小鼠NP细胞群。
另外值得注意的是，人TAC1和CALCA广泛表达于所有伤害性感受器细胞群，而小鼠TAC1局限表达于PEP1，CALCA局限表达于PEP1、PEP2、NP2。
图5：比较人和小鼠的VGNaC和GPCR基因表达
人和猕猴DRG神经元细胞群的比较
通过比较近期发表的猕猴DRG单细胞数据和本研究的人DRG数据，研究人员发现人和猕猴在细胞群上表现出明显的同源性，但也存在一对多的映射，如猕猴A-LTMR可映射人Ad LTMR和Aβ RA LTMR。
部分基因表达也有明显差异，如PVALB表达于人proprioceptor和Aβ SA LTMR，而在猕猴上表达于PEP2细胞群（映射人Ad HTMR和TRPA1+ nociceptor）。在细胞群差异上，猕猴C-LTMR在表达谱上无法映射到任何人的细胞群。
图6：人和猕猴DRG之间的同源细胞群
总 结
本文通过对人DRG进行空间转录组，获得近似于单细胞水平的数据，为人初级感觉神经元的分群提供了明确的标志物，并一定程度上揭示了性别差异和物种差异。本研究的局限性在于该空间转录组只能获得近似的单细胞水平，且用于物种比较的数据集的测序平台不同。但总而言之，本文的数据可以为临床转化和药物开发提供有价值的参考。
原文链接：
DOI: 10.1126/scitranslmed.abj8186
参考文献
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编译作者：Hong Chaoli（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）