感觉系统是生物体复杂行为和认知功能的基础。背根神经节（Dorsal root ganglia, DRGs）被认为是感觉神经元的“大本营”，在处理感觉信息中起着至关重要的作用。其生长发育与人类自身感觉变化密切相关，使人类可以灵活应对环境变化。长期以来，人类感觉特征的发育机制犹如“黑箱”，让人始终不得其解。
为了深入理解人类躯体感觉的复杂性，中国科学院生物物理研究所研究员王晓群团队联合北京师范大学教授吴倩团队及中国科学院院士、广东省智能科学与技术研究院张旭团队，通过解析人类背根神经节（DRG）的发育过程，并成功在体外构建DRG类器官模型，揭示了人类独特的躯体感觉特征。
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人类感觉“信息枢纽”的秘密
感觉神经元是生物体与外界环境交互的桥梁，其胞体聚集在脊髓背侧形成背根神经节。DRG像是“信息枢纽”，通过对感觉信号进行初步整合，将其传递到中枢神经系统进行综合处理和解读，从而使生物体能够对环境变化做出适应性反应。
为了准确传递感觉信号刺激，感觉神经元在细胞形态、基因表达和生理功能上展现出多样化特征。那么DRG是如何发育并发挥调控机制的？
研究团队通过解析人类DRG中感觉神经发生和神经元特化过程，发现严格的细胞发生顺序是建立DRG复杂细胞类型的重要因素之一。感觉神经元在不同的发育阶段和谱系中的命运，是由外部信号和内部转录因子的协同作用共同决定。
▲人类躯体感觉神经元分化逻辑和调控机制
研究团队长期以来致力于研究神经系统发育的转录调控机制。为更全面地探索神经谱系分化背后的转录分子特征，研究团队开发了基于成像的TF-seqFISH空间转录组测序技术。该技术能够以亚细胞级分辨率揭示转录因子的表达特征。
借助这一前沿技术，研究团队成功验证了DRG中神经元谱系发育的细胞内转录调控机制，为揭示感觉神经元多样性的形成奠定了重要基础。
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构建类器官，模拟人类真实感觉
在掌握了指导人类DRG发育的关键信号通路后，研究团队通过在体外添加与细胞分化阶段相匹配的信号组合，成功模拟了这一发育机制，构建出包含多种感觉神经元类型和胶质细胞的DRG类器官。该类器官在发育过程、细胞类型、转录组特征及感觉功能方面高度仿真了人类DRG的特性。
▲人DRG（左）和DRG类器官（右）的细胞组成相似
借助DRG类器官，研究团队发现有一些感觉神经元在人类DRG中“特异般”富集，传递伤害性感觉，例如疼痛和瘙痒。
研究团队还在DRG类器官中验证了转录因子在调控感觉神经元谱系发育中的关键作用。这意味着科学家有望在体外模拟人类感觉神经复杂体系的生长发育。该研究不仅展现了DRG类器官在基础研究和应用领域的巨大潜力，也为深入探索感觉神经系统的发育和功能提供了强有力的平台。相关研究成果已发表于《细胞》杂志。
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助力临床 疾病治疗“新希望”
人类躯体感觉机制复杂多样。未来，研究团队将进一步深化对人类躯体感觉的研究，利用DRG类器官开展感觉发育机制和生理功能的深入探讨，并将其应用于临床相关的镇痛、止痒药物筛选。
这一研究方向有望为治疗人类躯体感觉相关疾病开辟新的途径，给患者带来更多希望和机遇，让“痛”与“痒”不再成为困扰人类的难题。
来源：中国科学院生物物理研究所
责任编辑：宋同舟