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在探究刺胞动物机械感受器进化机制的问题上，研究人员以海葵（Nematostella vectensis）为对象，开展机械感觉神经元细胞类型多样性研究。结果发现海葵存在 I 型和 II 型两种毛发细胞，二者在结构、分子及发育上均有差异。这一发现为理解刺胞动物神经进化提供了新视角。
在神秘的海洋世界里，海葵静静地栖息在海底，看似一动不动，实则暗藏玄机。海葵所属的刺胞动物门，是动物进化历程中早期分支的重要类群，它们与两侧对称动物（Bilateria）在寒武纪之前就分道扬镳。刺胞动物的触手是其重要的感觉结构，能敏锐地感知周围环境中的水流振动和化学信号，帮助它们捕食猎物。一直以来，科学家们都好奇，刺胞动物这些复杂的感觉功能背后，机械感觉神经元的细胞类型究竟是怎样的？是不是只有一种神经元在 “单打独斗” 完成这些复杂任务呢？这成为了悬而未决的科学谜题。
为了揭开这个谜题，美国阿肯色大学（University of Arkansas）的研究人员 Julia Baranyk、Kristen Malir 等在 Nagayasu Nakanishi 的带领下展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们揭示了刺胞动物机械感觉神经元的神秘面纱。
研究人员采用了多种关键技术方法。在基因编辑方面，运用 CRISPR-Cas9 介导的诱变技术，精准地对海葵特定基因进行编辑；在细胞标记和观察上，构建了 pou-iv::kaede 和 pkd1::kaede 转基因报告系，结合免疫荧光、荧光原位杂交等技术，追踪细胞的发育和基因表达；还利用了连续块面扫描电子显微镜（SBF-SEM），清晰地观察细胞的超微结构 。
研究结果如下：
- 海葵有两种形态不同的毛发细胞：研究人员通过构建 pou-iv::kaede 转基因报告系，在海葵口触手的外胚层发现了两种形态差异明显的同心毛发细胞。一种是常规的 I 型毛发细胞，其顶端的纤毛较短（<15μm），周围环绕着 8 - 9 根明显的静纤毛；另一种是此前未被识别的 II 型毛发细胞，它有着较长的直立纤毛（<45μm），静纤毛 / 微绒毛不太明显。利用 SBF-SEM 进一步观察发现，II 型毛发细胞顶端结构由一根纤毛和多圈约 30 根、长约 1μm 的静纤毛和微绒毛组成，与 I 型毛发细胞差异显著。在突触结构和连接模式上，I 型和 II 型毛发细胞都存在化学突触，但 I 型毛发细胞的突触小泡更大（平均直径 95.04nm ，n=17）、数量更少（平均每突触 13.5 个，n=4 个突触），II 型毛发细胞的突触小泡多为不透明或有时有致密核心（平均直径 70.38nm ，n=62） 、数量更多（平均每突触 88.3 个，n=9 个突触）。此外，II 型毛发细胞能形成双向突触，还能与 I 型毛发细胞形成传入突触，而 I 型毛发细胞则没有这些特征。
- I 型和 II 型毛发细胞分子不同：研究人员聚焦于多囊蛋白 - 1（polycystin-1，pkd1）基因，它编码瞬时受体电位（TRP）钙通道超家族的跨膜受体。构建 pkd1::kaede 转基因报告系后发现，该基因在 II 型毛发细胞中特异性表达，在 I 型毛发细胞中不表达，这表明两种细胞在分子层面存在差异。为了探究 polycystin-1 在海葵机械感觉行为中的作用，研究人员利用 CRISPR-Cas9 技术构建了 polycystin-1 突变体。通过轻柔触摸实验发现，野生型海葵大部分（83.3%，n=30）对轻柔触摸有反应，而 polycystin-1 纯合突变体大多（88.3%，n=60）对轻柔触摸不敏感，但对强烈触摸（如探针直接接触触手）的收缩反应正常。这说明 polycystin-1 是 II 型毛发细胞介导轻柔触摸反应的关键因子，且两种细胞的机械转导机制并不冗余。
- I 型和 II 型毛发细胞发育不同：研究人员借助 pou-iv::kaede 转基因系，对两种毛发细胞的发育关系进行探究。通过光转化实验，发现 5 天后 I 型和 II 型毛发细胞的比例没有显著变化，这表明两种细胞并非同一成熟阶段的不同状态。进一步研究发现，I 型毛发细胞的早期有丝分裂后前体在早期浮浪幼虫（planula）发育阶段就开始形成，而 II 型毛发细胞的前体则在中期浮浪幼虫 II 期到晚期浮浪幼虫阶段才开始发育，二者发育时间存在明显差异。此外，POU-IV 转录因子对两种细胞的发育都至关重要，但该因子在 I 型毛发细胞中的启动子活性在成熟过程中是短暂的，而在 II 型毛发细胞中则持续存在，这暗示两种细胞在转录调控机制上存在差异。
研究结论和讨论部分指出，该研究首次从解剖学、分子生物学和发育生物学等多方面，证实了刺胞动物机械感觉神经元存在细胞类型多样性。不仅首次在刺胞动物毛发细胞中发现经典化学突触，还确定了 polycystin-1 是刺胞动物机械感觉行为的关键基因。II 型毛发细胞的发育和功能分子机制与两侧对称动物的机械感觉细胞相似，这表明它们可能有着共同的祖先，相关基因调控机制或许在刺胞动物和两侧对称动物分化之前就已存在。同时，研究也暗示刺胞动物机械感觉神经元的细胞类型多样性可能被低估，其进化历史比想象中更为复杂。这项研究为深入理解动物机械感觉神经元的进化提供了关键线索，为后续研究开辟了新的方向，推动了对早期动物神经系统进化历程的探索。
