上海生科院通過單細胞RNA測序對軀體感覺神經元重新分類

　　12月22日的Cell Research 雜志在線報道，中國科學院上海生命科學研究院神經科學研究所張旭研究組研究發現，通過高覆蓋的單細胞測序和以神經元大小為參考的層次聚類，可對小鼠背根神經節初級感覺神經元進行分類，又通過全細胞膜片鉗在體記錄結合單細胞PCR方法可檢測各類初級感覺神經元對外周皮膚刺激的反應。該工作首次通過高覆蓋的單細胞測序對初級感覺神經元進行了重新分類，并且建立了基因表達與在體功能的相互關系。

　　神經元表達的基因多于其它類型的細胞，導致了神經元具有很高的異質性。外周感覺神經元是假單極神經元，負責將外周感覺信號傳遞到脊髓。以往的研究將初級感覺神經元分為：表達神經肽P物質或降鈣素基因相關肽的肽類小細胞、結合植物凝集素B4的非肽類小細胞、表達酪氨酸羥化酶的小細胞和表達神經絲200的大細胞。在嚙齒類動物，小細胞通過無髓鞘的C纖維或薄髓的Aδ纖維將外周感覺信號傳遞到脊髓背角I-II層，而大細胞則通過厚髓的Aβ纖維將外周感覺信號傳遞到脊髓背角III-V層。通過功能特性還可將初級感覺神經元分為機械感受器、傷害性感受器、熱感受器和癢感受器。依據反應類型可將傷害性感受器稱為機械熱、機械敏感的或機械不敏感的傷害性感受器等。

　　為了更好地了解初級感覺神經元的細胞類型、分子特性和生理特性，張旭研究組的李昌林等利用高覆蓋的單細胞測序技術，檢測了成年小鼠腰段背根神經節中的初級感覺神經元的基因表達。通過檢測差異基因表達和生物信息學分析，獲取了初級感覺神經元的細胞類型和代表性基因。通過在體全細胞膜片鉗的方法，記錄了初級感覺神經元對外周熱、冷、壓力等5種刺激的反應，結合單細胞PCR的方法，進一步分析了被記錄細胞的代表性基因，并將之歸類。最終發現，初級感覺神經元小細胞可分為1類低閾值機械感受器和5類機械熱傷害性感受器，其中5類機械熱傷害性感受器分別各有2個亞類。初級感覺神經元大細胞可以分成4類，包括表達神經外營養蛋白1（Neurexophilin-1, Nxph1）的機械熱傷害性感受器和表達腦組織特異性血管生成抑制劑1相關蛋白2樣蛋白1（BAI1-associated protein 2-like 1, Baiap2l1）的機械傷害性感受器，其中表達運輸蛋白囊泡復合體3樣蛋白(Trafficking protein particle complex 3-like, Trappc3l)或者表達Baiap2l1的大神經元也分別有2個亞類。

　　這項題為“通過高覆蓋的單細胞測序和功能研究鑒定軀體感覺神經元類型”的工作，是在研究員張旭指導下由李昌林等完成的。該工作獲中國科學院戰略性先導科技專項、國家自然科學基金重點項目和青年科學基金項目支持。

圖A. 熱圖顯示了197個神經元依據細胞大小排列的層次聚類的矩陣。10個族群通過黑線方框標注，族群的細胞大小顯示在左側。圖B. 背根神經節初級感覺神經元分類示意圖。依據單細胞測序和原位雜交數據建議其類別和比例，依據電生理實驗并結合已發表文獻進行功能注釋。