清華新聞網(wǎng)10月10日電 動(dòng)物對(duì)于機(jī)械力的感受是將外界力的刺激轉(zhuǎn)化成為生物信號(hào)的是一種生理過(guò)程。對(duì)于機(jī)械力刺激的感知是多種感覺(jué)過(guò)程的基礎(chǔ)，包括觸覺(jué)，聽(tīng)覺(jué)和機(jī)械痛覺(jué)等。為了應(yīng)對(duì)環(huán)境中復(fù)雜的力學(xué)刺激，生物體發(fā)展多種多樣的機(jī)械力感受細(xì)胞。其中，機(jī)械痛覺(jué)感受細(xì)胞可以感受具有傷害性的外力刺激，使得生物體能夠規(guī)避危險(xiǎn)，這對(duì)于生存至關(guān)重要。果蠅幼蟲(chóng)的IV型多樹(shù)突神經(jīng)元（c4da）是研究機(jī)械痛覺(jué)原理和機(jī)制的模式細(xì)胞，之前的研究揭示了c4da神經(jīng)元參與痛覺(jué)感受的神經(jīng)通路和負(fù)責(zé)感知機(jī)械力的關(guān)鍵力敏感離子通道，但是對(duì)于該類(lèi)痛覺(jué)感受細(xì)胞處理機(jī)械力信號(hào)的細(xì)胞生物學(xué)機(jī)制依然不清楚。
圖1.“機(jī)械力-光學(xué)”聯(lián)用裝置的模型示意圖
圖2.組織原位機(jī)械力此計(jì)及鈣成像
10月6日，清華大學(xué)生命學(xué)院、清華-IDG/麥戈文腦科學(xué)研究院梁鑫副教授課題組在《e生命》（eLife）期刊上在線(xiàn)發(fā)表了題為“果蠅機(jī)械痛覺(jué)感受器優(yōu)先感知局部刺痛”（Drosophila Mechanical Nociceptors Preferentially Sense Localized Poking）的研究論文。該論文利用自行搭建的“機(jī)械力-光學(xué)”聯(lián)用裝置（圖1），對(duì)果蠅c4da痛覺(jué)神經(jīng)元進(jìn)行了原位機(jī)械力刺激，并同步記錄和分析了神經(jīng)元對(duì)不同類(lèi)型力信號(hào)的響應(yīng)（圖2）。
研究發(fā)現(xiàn)c4da神經(jīng)元對(duì)毫牛級(jí)別的機(jī)械力刺激敏感，同時(shí)對(duì)壓強(qiáng)分布范圍較小的刺激表現(xiàn)出更高的敏感性，這一發(fā)現(xiàn)為理解c4da神經(jīng)元參與感知果蠅幼蟲(chóng)天敵的襲擊提供了細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)和力學(xué)模型分析發(fā)現(xiàn)c4da神經(jīng)元通過(guò)優(yōu)化自身的樹(shù)突網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，發(fā)展對(duì)側(cè)向組織張力的敏感性和樹(shù)突內(nèi)主動(dòng)信號(hào)擴(kuò)散等細(xì)胞生物學(xué)機(jī)制優(yōu)化了其對(duì)機(jī)械痛覺(jué)刺激的感知（圖3）。該項(xiàng)研究結(jié)合了生物物理和神經(jīng)科學(xué)等諸多相關(guān)領(lǐng)域的研究方法和技術(shù)，其結(jié)果為進(jìn)一步理解機(jī)械痛覺(jué)的形成機(jī)制提供了重要參考，也拓展了關(guān)于機(jī)械痛覺(jué)感受的細(xì)胞與分子通路的基礎(chǔ)知識(shí)。
圖3.c4da神經(jīng)細(xì)胞感受局部機(jī)械痛覺(jué)的細(xì)胞生物學(xué)機(jī)制
清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院梁鑫副教授為本文的通訊作者，清華大學(xué)生命學(xué)院2015級(jí)博士生劉真和博士后吳孟華為本文共同第一作者，清華大學(xué)生命學(xué)院梁鑫課題組王琦軒博士對(duì)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行提供了重要幫助。清華大學(xué)航天航空學(xué)院生物力學(xué)與醫(yī)學(xué)工程研究所馮西橋教授、李博副教授和林紹珍博士完成了本工作中的力學(xué)模型分析。本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、清華-北大生命科學(xué)聯(lián)合中心及清華-IDG/麥戈文腦科學(xué)研究院的支持。
論文鏈接：
https://elifesciences.org/articles/76574
供稿：生命學(xué)院
題圖設(shè)計(jì)：劉雨田
編輯：李華山
審核：呂婷
