Science丨为什么动物毛发淋湿会抖动?介导动作感受器神经元

颈部油滴是通过一个Piezo2依赖机制触发湿狗样抖动

作者首先测试了多种触觉刺激,看它们是否能在小鼠身上引发湿狗样抖动。作者发现,让小鼠在水浴中游泳;向小鼠的毛发上喷水;在小鼠颈部后方涂抹葵花籽油滴、轻柔的气流或细的冯弗莱毛发触觉丝;以及向颈部毛发注射氯喹都会引发湿狗样抖动。与水浴和水喷洒刺激类似,将葵花籽油滴涂抹在颈部后方也会在几乎测试过的所有动物身上引发相似的湿狗样抖动作。

低阈值机械感受器优先被涂抹在毛发皮肤上的油滴激活

光遗传刺激C-LTMR诱导湿狗样抖动,C-LTMR神经元消融可减少湿狗样抖动

为了确定刺激一个或多个LTMR亚型是否足以引发湿狗样抖动,作者在四种LTMR亚型中表达光激活阳离子通道ReaChR,并通过照亮颈部或背部的皮肤来激活它们,同时监测小鼠的湿狗样抖动情况。对Ad-LTMRs、AbSA1-LTMRs和AbRA-LTMRs进行光遗传刺激无法引发湿狗样抖动,尽管作者的研究发现这些光学刺激可以在脊髓中引发强烈的神经反应。作者进一步研究了C-LTMR引起的湿狗样抖动反应,发现与油滴刺激引起的反应类似,C-LTMR终止于背侧颈部毛皮时触发的湿狗样抖动反应比终止于下背部毛皮时更明显。此外,油滴应用和C-LTMR光刺激引发的湿狗样抖动的摇头频率和每次发作的转身次数等特征相似。由于C-LTMR光遗传刺激后观察到的稳定的行为反应,作者构建了C-LTMR消融鼠,发现油滴引起的湿狗抖动减少了约50%,这一发现在所有试验中都是一致的。总的来说,这些发现表明,C-LTMR有助于油滴引起的湿狗样抖动。

脊旁神经通路介导湿狗样抖动

研究发现C-LTMR参与了刺激诱导的“湿狗样抖动”行为,这为作者提供了一个机会来探究这些机械感受神经元是如何与中枢回路相互作用以调节触觉行为的。

作者首先激活C-LTMR中央末梢发现C-LTMR与SPNs存在突触连接,因为激活C-LTMR末梢在两种SPN群体中均引发了兴奋性突触后电流(EPSCs)。接下来,作者使用了光激活蛋白miniSOG来抑制PBNL中的SPN突触传递,结果发现,向表达SYP1miniSOG的脊髓兴奋性神经元轴突末端施加光刺激,抑制了兴奋性驱动约75%。接下来,作者通过病毒注射诱导的SPN突触传递抑制,发现在PBN接受光刺激后,SPN-miniSOG小鼠表现出油滴诱导的湿狗样抖动动作减少约58%。此外,对SPN-miniSOG动物的光刺激没有改变背部毛皮触觉反应的其他方面,如使用触觉前置抑制(tPPI)试验测量的运动反应组不受影响。

为了利用SPNminiSOG小鼠的研究结果并确定C-LTMR介导的湿狗样抖动是否需要SPB途径,作者直接沉默PBN,并评估这一操作对油滴和C-LTMR诱导的湿狗样抖动的影响。这与SPN-miniSOG操作一致,对PBN的局部和投射性甘氨酸能释放神经元进行光遗传刺激,广泛抑制PBN,可抑制由油滴和皮肤中C-LTMR终端的光刺激诱导的湿狗样抖动。总之,这些发现表明,C-LTMR-SPB途径参与了机械性诱导的湿狗样抖动。

总结

许多多毛哺乳动物会进行身体的快速摆动,称为湿狗样抖动,以清除背部多毛皮肤上的水分和刺激物。这种行为背后的体感机制尚不清楚。作者报道了压电依赖的机械感觉介导了水或油滴应用于小鼠背部毛状皮肤引起的湿狗样抖动。无髓鞘c纤维低阈机械感受器(C-LTMRs)被油滴激活,其光遗传学激活引起湿狗样抖动。C-LTMR的消融减弱了这种行为。此外,C-LTMR与脊髓旁臂神经元突触偶联,光遗传抑制脊髓旁臂神经元突触和臂旁核兴奋性神经元对油滴和C-LTMR诱发的湿狗样抖动均有损伤。因此,C-LTMR-棘旁臂通路促进湿狗样抖动以去除背部毛状皮肤上的水分和机械刺激物。

未来的研究将旨在揭示驱动湿狗样抖动的PBN神经元群,以及PBN信号如何传递到下游大脑区域和中央运动模式产生中心,以启动这种保守的、刻板的行为。

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