人类上升神经感觉通路的类组装体模型：解锁感觉奥秘，开辟治疗新径

《Nature》：Human assembloid model of the ascending neural sensory pathway

为解决人类上升感觉通路形成机制及相关疾病治疗难题，研究人员开展 “Human assembloid model of the ascending neural sensory pathway” 主题研究。他们构建人类上升体感类组装体（hASA），发现 SCN9A 突变影响同步性。该研究有助于理解感觉回路，推动治疗药物开发。

　　在人体中，感觉信息从外周器官传递到中枢神经系统的过程，就像一场精密而神秘的 “接力赛”，其中上升感觉通路扮演着至关重要的角色。这条通路不仅负责传递疼痛、触觉、瘙痒和身体部位运动等关键信息，还与多种神经系统疾病，如慢性疼痛和自闭症谱系障碍密切相关。然而，目前对于这条通路在人类发育过程中的形成机制，以及在病理条件下功能缺陷的产生原因，我们的了解还十分有限。而且，由于物种特异性差异，从动物模型到人类的研究成果转化面临重重困难，缺乏可靠的人类实验模型更是阻碍了新治疗方法的发现和应用。

为了攻克这些难题，来自斯坦福大学（Stanford University）的研究人员展开了深入探索。他们致力于构建能够模拟人类上升感觉通路的模型，以揭开这条神秘通路的面纱，为相关疾病的治疗开辟新道路。最终，他们成功构建了人类上升体感类组装体（hASA），这一研究成果发表在《Nature》杂志上，为该领域带来了新的曙光。

研究人员在这项研究中运用了多种关键技术方法。首先，通过对人类诱导多能干细胞（hiPS cells）进行定向分化，成功获得了组成上升感觉通路的关键部分，包括体感类器官（hSeO）、背脊髓类器官（hdSpO）、间脑（丘脑）类器官（hDiO）和大脑皮质类器官（hCO）。其次，利用单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）技术，对这些类器官的细胞组成和基因表达进行了详细分析，验证了关键细胞类型的存在。此外，狂犬病示踪、钙成像以及电生理记录等技术，帮助研究人员深入探究了感觉神经元之间的连接和功能，以及整个通路的同步活动情况。

研究结果如下：

1. 关键组件的生成：研究人员利用小分子和生长因子引导分化 hiPS 细胞，成功生成了 hCO、hDiO、hdSpO 和 hSeO。通过 scRNA-seq 数据和免疫染色分析，证实这些区域化类器官包含了发育中的人类上升感觉通路的关键细胞成分，且细胞组成和转录组特征与体内对应细胞相似。
2. hSeO 和 hdSpO 的特征分析：对 hSeO 的研究发现，其约 30 - 40% 的神经元表达外周神经元特异性标记，且对感觉刺激有响应，如 α,β - 亚甲基 ATP（αβ - MeATP）和辣椒素能诱导钙瞬变，不过对 2′,3′ - O -（2,4,6 - 三硝基苯基）腺苷 5′ - 三磷酸（TNP - ATP）的反应存在物种差异。hdSpO 则显示出高神经元多样性，包含与上升体感通路相关的神经元簇，类似于人类脊髓 dI5 细胞的转录组特征。
3. hSeO - hdSpO 和 hdSpO - hDiO 中的投射研究：实验表明，hSeO 中的感觉神经元能与 hdSpO 中的神经元形成功能性连接，且投射具有特异性；hdSpO 神经元更倾向于向 hDiO 投射。在三部分的 hSeO - hdSpO - hDiO 类组装体中，化学刺激 hSeO 中的感觉神经元可引发钙活动，并传递至 hdSpO 中的神经元。
4. 四部分 hASA 的功能组装：研究人员成功生成 hASA，其组装成功率高，且在功能上，αβ - MeATP 刺激和谷氨酸去笼化实验均表明，hASA 能实现体感信号从感觉神经元经脊髓和丘脑神经元向皮质神经元的传递。同时，hASA 中的神经元表现出跨区域的同步活动，这一特性在非组装类器官中未被观察到。
5. SCN9A 致病变异对 hASA 同步性的影响：研究发现，SCN9A 基因编码的电压门控钠通道 Na_v1.7 的致病变异会影响 hASA 的同步性。SCN9A 功能缺失导致 hASA 同步活动减少，而功能获得性突变（如 T1464I）则导致超同步化。

研究结论和讨论部分指出，hASA 模型涵盖了人类感觉上升通路的主要组件，能够可视化感觉刺激引发的钙信号在网络中的传递，捕捉到单个类器官无法观察到的感觉通路的涌现特性，如同步活动。该模型对于研究疾病病理生理学和测试治疗方法具有重要意义，可用于模拟多种疾病，包括神经发育障碍中的感觉功能障碍或痛觉过敏，还可能有助于药物筛选。不过，该模型也存在一些有待改进的地方，例如 hiPS 细胞来源的感觉神经元在受体表达和对感觉刺激的反应方面存在局限性，且目前模型仅模拟了部分感觉感知神经通路。未来的研究可针对这些问题进一步优化模型，以更好地揭示人类感觉通路的奥秘，推动相关疾病治疗方法的发展。