导语： 人类如何感知温度、触觉、疼痛和瘙痒？这些基本感觉的分子和细胞基础在很大程度上仍是从小鼠等模型动物推导而来，但物种间的差异长期阻碍着有效镇痛药物和瘙痒治疗的开发。2024年11月4日，《自然·神经科学》发表了一项里程碑式研究（2024年第27卷2326–2340页），来自美国宾夕法尼亚大学、佛罗里达大学和瑞典林雪平大学等多机构的研究团队，通过创新的激光捕获显微切割联合深度单细胞体RNA测序，首次绘制了人类背根神经节（hDRG）神经元的全面分子图谱，并通过空间转录组学和人体显微神经描记术进行了系统验证，为理解人类躯体感觉的生理机制和开发精准治疗奠定了重要基础。

技术突破：攻克人类DRG神经元测序的三大难题

人类DRG神经元的研究面临独特的技术瓶颈：

1. 非神经元细胞污染严重：hDRG中神经元仅占约30-40%，大量施万细胞和卫星胶质细胞干扰分析

2. 胞体巨大易受损：hDRG神经元直径可达50-120μm，远超小鼠（20-40μm），传统酶解和机械分离极易破坏细胞

3. 解离应激伪影：分离过程本身会诱导应激基因表达，扭曲转录组特征

解决方案：研究团队开发了激光捕获显微切割（LCM）联合Smart-seq2的策略：

• 将新鲜冷冻hDRG组织切片（20μm厚度），用HistoGene快速染色可视化

• 在LCM显微镜下逐个切割单个神经元胞体，直接收集到裂解液中

• 避免了酶解和机械力，最大程度保留原位转录组状态

成果数据：从3位捐献者的6个胸腰段DRG中成功测序1,066个神经元，平均每个细胞检测到超过9,000个独特基因（远超单核测序的2,000-4,000个），其中70个有胶质细胞污染的细胞被剔除。

16种人类DRG神经元类型的分子定义

通过Seurat无监督聚类，研究团队识别出16个转录组学上 distinct 的神经元簇（图1b），并根据以下特征进行命名（图1g）：

关键发现：

• 非肽能C纤维的物种差异：hNP1和hNP2表达MRGPRX1（人类特有的瘙痒受体），而非小鼠的Mrgprd/MrgprA3。hNP2还特异性表达MRGPRX4（胆汁酸感应瘙痒受体）。

• 人类特有的肽能A纤维类型：hPEP.PIEZOh高表达PIEZO2（机械门控离子通道），同时表达ADRA2C（血管肾上腺素受体）和GPR68（血流剪切力传感器），推测是人类/灵长类特有的血管和内脏机械感受器，与小鼠无明确对应。

• C-LTMR的分子独特性：hC.LTMR特异性表达CASQ2（心肌集钙蛋白），而在小鼠C-LTMR中高表达的TH和SLC17A8（VGLUT3）在人类中几乎检测不到。

空间转录组学验证：Xenium揭示神经元空间聚类

研究团队设计了包含87个神经元标记基因和13个非神经元基因的定制探针面板，对hDRG切片进行了10x Xenium空间转录组学分析（图4）。

关键验证结果：

• 在1,340个手动分割的神经元中，无监督聚类同样识别出16个簇，与单细胞体测序结果高度一致（图4c-d）

• 虽然不同神经元类型在DRG中混杂分布（无明确区域隔离），但同一类型神经元之间存在显著的空间聚类（图5）：超过40%的hTRPM8、hNP1、hNP2等类型的神经元表现出空间邻近性（P < 0.05），可能反映了发育过程中的同类型神经元同步生成

跨物种比较：保守性与人类特异性

研究团队系统比较了人类、食蟹猴（Kupari et al. SmartSeq2数据集）和小鼠（Zeisel et al.）的DRG神经元（图2-3）。

主要结论：

基因调控网络分析（图2d）显示：C纤维和A纤维伤害感受器的转录因子调控网络在物种间既有保守模块（如PRDM12、POU4F1调控轴），也有人类/灵长类特异的调控连接。

从分子到功能：人体显微神经描记术验证

研究团队根据分子表达谱预测了不同神经元类型的功能特性，并通过在体显微神经描记术（microneurography）在健康志愿者中进行了直接验证（图6-8）。

A-LTMR（触觉感受器）

分子预测：高表达PIEZO2，不表达TRPV1/TRPM8 → 应仅响应机械刺激，不响应温度。

电生理验证（n=16 Field-LTMR）：

• 低机械阈值（软刷刺激响应）

• 快传导速度（Aβ纤维）

• 确认不响应冷或热刺激（图6g-h）

A-HTMR（快传导机械-伤害感受器）

分子候选：hPEP.KIT（TRPM8+ PIEZO2+）和hPEP.NTRK3（TRPV1− TRPM8−）

电生理验证（n=10）：

• 高机械阈值（≥4 mN）

• Aβ传导速度（>30 m/s）

• 50%对冷刺激响应（Cool+ A-HTMR），对热不敏感（图7）

• 首次在人体中证实A纤维冷痛觉的分子基础（TRPM8表达）

C-HTMR（慢传导机械-伤害感受器）

分子候选：hNP1, hNP2, hSST, hPEP.TRPV1/A1.1（均高表达TRPV1）

电生理验证（n=11）：

• 高机械阈值（≥10 mN），慢传导速度（~1 m/s）

• 多数对热/辣椒素响应（MH型），少数对冷响应（MC型）或两者均响应（MHC型）（图8b-d）

• 验证了TRPV1作为人类主要热伤害感受分子的地位

C-LTMR（情感性触觉）

分子特征：TRPV1+ TRPM8−（图8a）

电生理验证（n=17）：

• 低机械阈值（≤1.6 mN），软刷敏感，慢传导速度（~1 m/s）

• 出乎意料地发现：部分C-LTMR（7/14）对动态加热响应（图8g），且全部5个测试单位对辣椒素响应（Extended Data Fig. 10m）

• 对冷刺激响应（图8h），但对薄荷醇不敏感（确认非TRPM8介导）

• 结论：人类C-LTMR是多模态感受器，整合无害触觉、无害冷和温暖感受，可能介导“愉悦温度”体验

对药物开发的启示

疼痛与瘙痒的分子靶点

新发现的潜在靶点

研究团队还识别出NP1/NP2中富集的MRGPRX3和PTGDR（前列腺素D2受体），以及hPEP.PIEZOh中富集的ADRA2C和GPR68，这些可能是未来治疗内脏痛或心血管感觉异常的候选靶点。

资源可及性

所有数据已公开：

• 单细胞体测序数据：GEO GSE249746

• Xenium空间转录组数据：GEO GSE273557 和 Dryad (https://doi.org/10.5061/dryad.gf1vhhmxq)

• 交互式网页浏览器：https://ernforsluolabs.shinyapps.io/HumanDRG/ （可查询任意基因在16种hDRG神经元中的表达模式）

局限性与未来方向

1. 供体限制：仅来自3位捐献者的胸腰段DRG，未覆盖颈段、不同年龄、性别和种族

2. 正常基线状态：所有供体无已知神经病变，但hATF3簇的存在提示可能存在亚临床损伤

3. 功能验证的间接性：显微神经描记术无法直接记录同一神经元既测序又记录功能（Patch-seq在人体DRG技术上不可行）

4. 皮肤-神经对应：皮肤神经末梢的分子身份仍需通过逆行标记等进一步确认

未来方向：

• 比较慢性疼痛/瘙痒患者与正常对照的DRG转录组变化

• 开发靶向hPEP.PIEZOh、hPEP.KIT等人类特异性神经元的基因治疗工具

• 结合类器官和CRISPR筛选验证新发现的调控网络

结语

这项研究是首次对人类DRG神经元进行深度单细胞体转录组分析，结合空间组学和人体电生理验证，为理解人类躯体感觉的分子基础建立了黄金标准参考图谱。研究揭示的物种间显著差异——尤其是A纤维伤害感受器在人类中的扩张和C纤维伤害感受器的简化——可能反映了灵长类躯体感觉的进化适应（如更大的体型需要更精细的机械感觉和快速痛觉）。从临床转化角度看，这项研究为开发非阿片类镇痛药和特异性止痒药提供了人类特异性的分子靶点蓝图，有望加速从“小鼠模型反复失败”到“基于人类生物学”的药物发现范式转变。

原始论文：Yu, Z., Liu, J., Abraira, V.E. et al. Leveraging deep single-soma RNA sequencing to explore the neural basis of human somatosensation. Nat Neurosci 27, 2326–2340 (2024). https://doi.org/10.1038/s41593-024-01794-1

公开资源：https://ernforsluolabs.shinyapps.io/HumanDRG/