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該綜述聚焦機械敏感離子通道 Piezo2 在觸覺感受神經元發育中的作用。研究發現,Piezo2 對機械感覺終末器官的結構成熟和轉錄成熟至關重要,Nav1.1 和 Nav1.6 也影響觸覺終末器官結構,揭示了機械誘發活動在機械感覺神經元發育中的關鍵作用。
觸覺受體的活性依賴性發育
觸覺作為重要的感知功能,其神經元發育機制一直是研究熱點。本研究探討了機械敏感離子通道 Piezo2 在初級感覺神經元的轉錄和結構成熟中的作用,以及 Piezo2 依賴性基因對觸覺感覺神經元神經支配模式的影響,揭示了機械誘發活動在機械感覺神經元發育中的關鍵角色。
Piezo2 對機械感覺終末器官結構成熟的必要性
研究通過基因敲除技術構建了 Piezo2 缺失的小鼠模型(Cdx2-Cre Piezo2 cKO),發現其機械感覺終末器官結構發生顯著改變。在爪部無毛皮膚的 Meissner corpuscles 中,雖然存在該結構,但形態明顯增大、紊亂,且有多余的神經絲重鏈(NFH+)軸突支配。Pacinian corpuscles 也存在異常分支的軸突,與對照組的線性軸突結構不同。在軀干有毛皮膚中,支配毛囊的 Lanceolate endings 數量減少,尤其是 NFH?和 NFH+的 Lanceolate endings 均減少,且結構異常。胚胎期 E15.5 的研究顯示,Piezo2 缺失不影響感覺軸突的初始生長,但出生后發育階段出現結構異常,表明 Piezo2 主要在出生后影響終末器官的成熟。
Nav1.6 等電壓門控鈉通道對觸覺終末器官結構的影響
研究發現,電壓門控鈉通道 Nav1.6(Scn8a)的缺失導致 DRG 神經元對高頻振動刺激的反應消失,且 Pacinian corpuscles 出現類似 Piezo2 缺失的異常分支軸突,Meissner corpuscles 形態異常但軸突數量無明顯變化。Nav1.1(Scn1a)缺失則導致 Meissner corpuscles 過度支配和形態異常。這些結果表明,神經元活動通過電壓門控鈉通道影響機械感覺神經元的形態發生,不同鈉通道可能存在冗余作用。
Piezo2 突變對神經元基因表達的影響
單細胞 RNA 測序顯示,Piezo2 突變導致機械敏感的感覺神經元基因表達改變,尤其是 C-LTMRs、Aδ-LTMRs 和 Aβ-LTMRs 中的基因表達差異顯著,而其他神經元類型影響較小。差異表達基因包括調控軸突導向和神經元形態的 Rem2、Pou4f2 等。免疫組化驗證顯示,Th、Kv4.3 和 TrkB 等基因的表達減少,與測序結果一致。
Piezo2 依賴性基因對機械感覺神經元結構的調控
進一步研究發現,Rem2 和 Pou4f2 基因在 Piezo2 突變小鼠中表達減少,且其缺失導致毛囊周圍的 Lanceolate endings 結構異常,數量減少。Rem2 缺失影響 NFH+ Lanceolate endings 的長度和數量,Pou4f2 缺失則影響 NFH? Lanceolate endings,表明這些基因在 Piezo2 下游調控機械感覺神經元的形態。
機械誘發活動與神經元活動的關系
研究通過 Nav1.6 缺失模型發現,神經元活動減少導致類似 Piezo2 缺失的結構異常,提示機械誘發的動作電位通過 Piezo2 依賴性途徑調控基因表達和終末器官成熟;顒右蕾囆赞D錄可能通過調控 Rem2、Pou4f2 等基因影響神經元形態,與其他感覺系統(如聽覺、視覺)的發育機制有相似性。
結論
本研究揭示了 Piezo2 通過機械誘發的神經元活動調控機械感覺終末器官的結構和轉錄成熟,電壓門控鈉通道參與這一過程,且 Piezo2 依賴性基因(如 Rem2、Pou4f2)在其中發揮關鍵作用。這些發現為理解觸覺發育的分子機制提供了新視角,也為相關神經發育疾病的研究提供了潛在靶點。