在日常生活中，我们常常能看到狗狗从水中出来后会快速抖动身体，将身上的水甩掉，猫咪也会有类似的行为。这种可爱且有趣的“湿狗抖水”（WDS）行为，不仅出现在狗狗和猫咪身上，在众多毛发哺乳动物中都广泛存在。当动物的背部毛发皮肤接触到水或其他刺激物时，往往就会触发这一快速振动身体的动作。
实际上，这是一种具有重要进化意义的行为，能够帮助动物去除背部毛发皮肤上的水和刺激物，保持身体的干爽与舒适，是动物们在长期进化过程中形成的一种本能反应。不过，动物们为什么会有这样的行为？它们的身体是怎么知道要抖水的呢？
近日，发表于Science的一项研究中，来自哈佛医学院的研究团队针对于哺乳动物中常见的“湿狗抖水”行为展开了探究，发现这背后竟然隐藏着相当巧妙复杂的神经机制。不仅如此，研究人员通过综合运用多种先进技术手段，包括基因操作、电生理记录、钙成像以及光遗传技术等，详细解析了从皮肤感觉神经元到大脑中枢的信号传递通路，最终解释了这一机制是如何运行的。
研究人员首先尝试了各种各样的方法刺激小鼠，如让小鼠在水里游泳、往小鼠身上喷水、在小鼠脖子上涂油滴、用风吹、用细毛触碰，甚至给小鼠脖子打针。结果发现，这些刺激都能让小鼠做出抖水的动作。
那么，小鼠为什么会因为这些刺激而抖水呢？是因为感觉到了机械刺激，还是别的原因呢？于是，他们通过基因操作特异性地删除了小鼠身体上颈区以下背根神经节（DRG）神经元中的机械敏感离子通道Piezo2。实验结果显示，Piezo2突变体小鼠在面对颈部油滴或水浴刺激时，几乎完全丧失了抖水行为。但是如果通过腹腔注射TRPM8冷敏感离子通道的激动剂icilin（给予其机械刺激），却能在突变体和对照小鼠中同样有效地诱发这一行为。这说明，小鼠抖水主要是因为感觉到了机械刺激，而且该刺激正是通过Piezo2通道来传递信号。
图|油滴通过Piezo2介导的机械感觉引发湿狗摇晃
那么，机械刺激是如何进一步引发湿狗摇晃行为的呢？
事实上，哺乳动物的毛发皮肤由多种不同类型的初级体感神经元支配，这些神经元负责检测和编码各种环境刺激。为了找出介导机械诱发抖水行为的关键机械感觉神经元，研究人员进行了体内DRG钙成像实验。
他们聚焦于六种不同类型的DRG机械感觉神经元，在将油滴应用于大腿毛发皮肤后，观察这些神经元的反应。结果发现，有三种神经细胞（C-纤维LTMRs、Aδ-LTMRs和AβSA1-LTMRs）对油滴的反应很强烈，另外三种（AβRA-LTMRs和两种C-纤维高阈值机械感受器）则没什么反应。这就说明，前面那三种神经细胞（即C-纤维LTMRs、Aδ-LTMRs和AβSA1-LTMRs）很可能就是让小鼠抖水的“开关”。
为了确定到底是哪种神经细胞能让小鼠抖水，研究人员进一步采用了光遗传技术，即在不同亚型的LTMRs中表达光激活阳离子通道ReaChR，并通过光照颈部或背部皮肤来激活这些神经元，同时观察小鼠的行为反应。
令人惊奇的是，当光照到C-LTMRs神经细胞的时候，小鼠就开始抖水了，且与油滴诱发的反应类似。但是光照到其他几种LTMRs神经细胞的时候，小鼠却没有反应。这些结果充分表明，C-LTMRs在抖水行为的诱发中起着至关重要的作用。在人类中，这些受体与愉悦的触觉有关，例如轻柔的拥抱或抚慰的抚摸。但在老鼠和其他动物中，它们起着保护作用：提醒它们皮肤上有东西，无论是水、灰尘还是寄生虫。
图|C-LTMRs的光遗传学刺激可诱发抖动
那C-LTMRs神经细胞又是如何让小鼠的身体做出抖水动作的呢？
研究人员猜测，C-LTMRs神经细胞可能会通过一个名为脊髓-臂旁（SPB）的通路，将信号从脊髓传到大脑的一个地方（外侧臂旁核），从而让小鼠抖水。为了证明这个想法，研究人员再次进行了试验。一方面，他们发现激活C-LTMRs神经细胞能让SPB通路里的神经细胞产生反应，这就说明这两个地方相连。不仅如此，当他们利用特殊的方法阻止了SPB通路传递信号时，结果小鼠抖水的次数就大大减少了。这就证明了，C-LTMRs神经细胞的确是通过SPB通路诱发小鼠抖水行为发生。
可以看到，在抖水行为背后，C-LTMR-SPB通路在这个行为中起着至关重要的作用，该研究不仅让我们对动物的行为机制有了更深入的了解，也为研究其他类似的行为和神经系统疾病提供了新思路。
参考文献：
[1]DaweiZhangetal.C-LTMRsevokewetdogshakesviathespinoparabrachialpathway.Science386,686-692(2024).DOI:10.1126/science.adq8834