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Cell:感官生物学里程碑论文——皮肤如何传递刺激?

2014/12/30 来源:生物通/何嫱
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导读
人类能够在他们的感官世界中感知出刺激的移动方向对于生存至关重要。大多数这样的刺激感知都是来自于视觉和听觉,但直到现在,人们对于机体感知及处理皮肤上刺激移动方向的机制仍知之甚少。在过去的几年里,美国怀俄明大学的两位研究人员通过小鼠实验发现了一些答案。


人类能够在他们的感官世界中感知出刺激的移动方向对于生存至关重要。大多数这样的刺激感知都是来自于视觉和听觉,但直到现在,人们对于机体感知及处理皮肤上(人类最大的感觉器官)刺激移动方向的机制仍知之甚少。

在过去的几年里,美国怀俄明大学的两位研究人员通过小鼠实验发现了一些答案。怀俄明大学动物学和生理学系副教授C. Jeffery Woodbury,以及博士生Colleen Cassidy从小鼠处分离出了各种皮肤感觉细胞,并记录了皮肤上低阈值机械感受器的反应(LTMRs)。LTMRs对无害的皮肤按压、按抚、振动或拉伸皮肤,以及毛囊偏转敏感。

Woodbury说,以激活LTMRs作为开始的这些神经学步骤导致了触觉感知。

“这些研究表明,在皮肤上有一些感觉神经元优先选择感知一个方向而非其他方向的移动。此前,从未有人记录过这一点。并且,我们还确定了这种方向选择性的机制。我认为这篇论文将成为感官生物学领域的一个里程碑。”

Woodbury、Cassidy和来自哈佛大学的David Ginty及其他同事们将这篇题为“The Cellular and Molecular Basis of Direction Selectivity of A delta-LTMRs”的论文发布在《细胞》(Cell)杂志上。

Woodbury说:“我们依赖于感觉来了解我们的环境。这些细胞让我们感知到有一些东西在我们身体上移动。在皮肤感觉中有许多东西尚未获得解释。”

例如,人类皮肤可以感知风吹送的方向或是对温度做出反应。皮肤还能提供信息,告知是否存在有威胁的东西例如吸血蚊子或一只无害的摇蚊。

Woodbury、Cassidy和同事们发现,一些感觉神经元支配了毛发,它们的末端占据或是附着在毛发的一侧而非另一侧。当他们进一步探究其原因时,发现这是由于感觉细胞末端和构成发根毛囊的细胞之间的通讯所导致。

在单独的实验中,他们破坏了这一信号使得这种通讯被中断。结果,这些感觉末端迁移离开了它们原来的位置,现在它们以随机的模式围绕着发根。Woodbury说,这导致了细胞对于毛发的移动方向做出随机响应,降低了它们的方向特异性。

用小鼠开展研究

Woodbury说:“我们的实验室就像医院的一个手术室。一切东西都是按我们所做的工作进行定制并微型化。”

小鼠是这项研究的理想模型,因为它们的皮肤像人类的皮肤一样,包含有20多种不同的感觉神经。而我们可以通过遗传操控小鼠的细胞,使它们标记上不同颜色的水母荧光蛋白。Woodbury说,这些蛋白在特定的细胞亚群中被“开启”,因此研究人员实际上可以看到支配哺乳动物皮肤区域的这些不同类型的感觉神经元。

Woodbury说:“我认为这项研究工作为我们提供了一个难得的视角来了解发育。认识大脑分选及处理物体移动的机制是神经科学研究中的一个中心主题。”

Woodbury说,他计划进一步探讨这一项目,以确定皮肤刺激是否影响心脏调控或其他的基本生物学功能,例如疼痛处理。

“这项研究有可能会对控制疼痛造成影响。例如,当有人掐我们时,我们的第一反应是揉搓这一区域,帮助我们减轻疼痛。这些研究结果表明,它或许可造成更大的影响,这取决于你揉搓的方向。”

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