一类新型伤害性感受器的结构、环路和功能

We’ve identified a novel type of nociceptor based on high-coverage single-cell RNA-sequencing and in vivo whole-cell patch clamp technique. Although this type of nociceptor presents the characteristics of large diameter DRG neurons, it is responsive to heat, nocuous and innocuous mechanical stimuli, which indicates its involvement in nociceptive sensation. In this project, we’ll systematically investigate its peripheral terminal structural features, receptive field distribution, electrophysiological properties, central innervation patterns, as well as its role in nociceptive sensation. First, we’ll investigate their peripheral axonal terminal structure and receptive field distribution using morphological and in vivo electrophysiological methods. Second, we’ll in vivo monitor the action potential of this type of neurons in a real-time manner using in vivo whole-cell patch clamp technique. Third, we’ll map the output circuit of this type of neurons in spinal cord using an anterograde monosynaptic herpes simplex virus tracing system. Finally, we’ll determine the role of this type of neurons in nociceptive sensation by manipulating the neural activity. This project will systematically elaborate a novel type of nociceptor and will explain a new mechanism of nociceptive sensation.

我们根据小鼠初级感觉神经元单细胞转录谱和在体膜片钳记录，发现了一类新型的伤害性感受器。这是一群有髓鞘大神经元，对热、轻触压和伤害性夹捏等多种刺激形式有反应，提示可能参与了伤害性感觉的传递。本项目将阐明这类神经元的外周神经末梢形态、感受野分布、电生理特征、环路组成以及在痛觉传递中的作用。首先，我们用形态学方法和在体电生理记录检测这群神经元的外周神经末梢形态和感受野分布，明确它应答各种刺激的结构基础；第二，借助在体膜片钳全细胞记录实现对这类神经元动作电位的在体实时监测，分析它们应答外界刺激的电生理特征；第三，利用顺行跨单级单纯疱疹病毒神经环路示踪系统，分析它们的输出环路组成；最后，通过操控转基因小鼠中这群神经元的活性，检测它们在小鼠痛觉传递中的作用。本项目将系统阐述一类新的伤害性感受器，为痛觉传递提供新机制。

我们根据小鼠初级感觉神经元单细胞转录谱和在体膜片钳记录，发现了一类新型的有髓鞘多模式伤害性感受器。 本项目针对这类神经元从外周神经末梢形态和分布、电生理特征、中枢投射模式以及在痛觉感受中的作用这四个方面展开了研究。这类神经元的外周末梢形态在无毛皮肤中呈梅氏小体结构，主要分布在足跟部；而在有毛皮肤中则围绕毛囊呈披针状结构，分布均匀广泛。在体膜片钳记录证明这群神经元能响应热、刷、压、夹和冷觉五种刺激范式，另外还记录到一例自发放电的神经元。这些神经元半数以上响应至少两种刺激范式，针对不同刺激呈明显不同的放电模式。这类神经元的中枢端纤维经后索进入脊髓背角深层，大部分纤维投射到脊髓背角深层的广动力阈投射神经元分布区域，还有少量纤维投射到脊髓背角浅层中间神经元分布区域以及脊髓腹角。中枢投射模式提示了这类神经元调控整合多种刺激形式的环路机制。另外，为了研究这类初级感觉神经元的中枢神经网络，我们建立了基于单纯疱疹病毒的跨多突触神经网络示踪技术，实现了对特定类群初级感觉神经元下游神经网络的标记。最后我们用化学遗传学方法未能检测到这类神经元对小鼠生理性痛觉感受的影响，后继我们会在疼痛模型上继续探索其对病理性疼痛的影响。本研究以单细胞转录谱为起点，经形态学研究、电生理研究、环路研究和行为学研究系统全面的考察了一类新型有髓鞘多模式伤害性感受器，为痛觉传递及调控提供了新机制，也为今后进一步研究这类细胞在病理性疼痛中的作用，发现新的慢性痛治疗靶点打下了基础。