淋湿的狗为什么会抖干自己？
湿狗抖动（wet dog shake）是一种广泛存在于毛发哺乳动物中的进化保守行为，表现为头部和上半身的快速振动，通常发生在动物背部毛皮接触水或其他刺激物后。这种行为被认为是为了清除皮肤上的水分或潜在的机械刺激物。然而，尽管湿狗抖动行为普遍存在，并且可由多种刺激触发，其背后的神经生物学机制仍然未明。
哺乳动物的毛发皮肤由多种类型的初级体感神经元支配，其中不同亚型对机械刺激的响应模式各异。例如，未髓鞘化的C纤维低阈值机械感受器（C-LTMRs）在缓慢的持续刺激下会产生持续响应，因此可能在感知温和、持久的机械刺激方面起到关键作用。然而，这些皮肤感受器在湿狗抖动行为中的具体功能尚不清楚。此外，体感神经信号如何在中枢神经系统内转化为协调的运动指令也是一个悬而未解的问题。
2024年11月7日，哈佛大学医学院的David D. Ginty团队在Science期刊上发表了一篇名为：C-LTMRs evoke wet dog shakes via the spinoparabrachial pathway的论文。该论文第一作者是哈佛大学医学院的Dawei Zhang。
该论文揭示了哺乳动物通过C-LTMR到脊髓-副交感神经元（spinoparabrachial）通路来实现“湿狗抖动”行为，从而清除背部皮肤上的水分和刺激物。研究表明，Piezo2依赖的C-LTMRs在接触水滴或油滴时被激活，并通过突触连接至副交感神经核的兴奋性神经元来诱发抖动行为。抑制这一神经通路会削弱小鼠的抖动反应，表明该通路在移除机械性刺激物中具有关键作用。
施加在颈部的油滴通过依赖Piezo2的机制触发湿狗抖动
油滴和水滴刺激颈部皮肤会通过Piezo2依赖的机械感受机制触发小鼠的湿狗抖动。实验中，水浴、喷洒水、向颈部皮肤施加油滴、空气喷吹、von Frey丝刺激及氯喹注射等多种刺激均能引发小鼠湿狗抖动。油滴应用于颈部的反应最强烈，但施加于下背部和大腿则无法引发抖动。此外，在Piezo2基因缺失的小鼠中，油滴和水浴均无法引发湿狗抖动，但冷敏感离子通道TRPM8激动剂icilin注射仍可诱发抖动，表明湿狗抖动是由Piezo2介导的机械感受所驱动，而非对温度的直接反应。
图1. 油滴通过Piezo2介导的机械感受触发湿狗抖动。
低阈值机械感受器在油滴施加到毛发皮肤时被优先激活
研究通过体内DRG钙成像实验发现，低阈值机械感受器（LTMRs）对油滴施加在毛发皮肤上表现出较强的激活反应。实验在小鼠的腰椎L4 DRG上进行，并将油滴应用于大腿毛发皮肤，观察六种不同类型的DRG机械感受器的反应。结果表明，C-LTMRs、Aδ-LTMRs和Aβ SA1-LTMRs对油滴刺激反应强烈，而Aβ RA-LTMRs及两种C-HTMRs（MRGPRB4+和MRGPRD+）反应微弱。因此，C-LTMRs、Aδ-LTMRs和Aβ SA1-LTMRs可能是引发机械刺激诱导湿狗抖动的主要感受器。
图2. 特定的低阈值机械感受器（LTMR）亚型在毛发皮肤上被油滴优先激活。
C-LTMRs的光遗传刺激会引发湿狗抖动
研究人员在四种LTMR亚型中表达了光激活阳离子通道ReaChR，并通过照射颈部或背部皮肤来激活这些神经元。结果发现，光遗传刺激C-LTMRs会持续引发湿狗抖动，而刺激交感神经元或其他LTMR亚型（如Ad-LTMRs、Aβ SA1-LTMRs和Aβ RA-LTMRs）则未能引发抖动。此外，C-LTMRs在不同皮肤区域的末梢反应也表现出差异，刺激颈部毛发皮肤的C-LTMRs诱发的湿狗抖动比刺激下背部的C-LTMRs更强烈，而大腿皮肤的光刺激则没有反应。这些发现表明，C-LTMRs的光遗传刺激能够引发类似油滴刺激的湿狗抖动反应。
图3. 光遗传学刺激C-LTMRs引发湿狗抖动，而消融C-LTMRs则减弱油滴诱导的湿狗抖动。
C-LTMRs通过SPB介导湿狗抖动
C-LTMRs在脊髓背角的浅层（lamina IIiv）终止，研究者假设C-LTMR的信号通过脊髓-旁脑通路（spinoparabrachial pathway，SPB）神经元传递至旁脑外侧核（PBNL）以引发湿狗抖动。通过光遗传学激活C-LTMR的中枢终端，研究人员发现C-LTMR与SPB神经元存在突触联系，并且激活C-LTMR终端能诱发SPB神经元的兴奋性突触后电流。为了验证SPB神经元是否参与湿狗抖动，研究者利用光激活蛋白miniSOG抑制PBNL中SPB神经元的突触传递，结果发现抑制SPB神经元的突触传递显著减少了油滴引发的湿狗抖动。进一步通过直接抑制PBNL的GABA能神经元，研究表明PBNL的抑制也抑制了油滴和C-LTMR刺激引发的湿狗抖动。
图4. SPB通路介导油滴和C-LTMR引发的湿狗抖动。
总结展望
湿狗抖动是一种在哺乳动物中进化保守的行为，主要用于清除背部和颈部毛发皮肤上的水分和其他刺激物。该研究发现C-LTMR-SPB通路在机械刺激引发的湿狗抖动中起到了重要作用。
C-LTMRs是小鼠中最敏感的C纤维机械感受器，通常被认为是人类C型机械感受器的类似物，后者与情感性触觉有关。尽管C-LTMRs可能是湿狗抖动的介导者，但其功能缺失实验表明，可能还有其他感觉神经元参与此行为。C-LTMRs通过感知轻微的物理力作用，如水流和昆虫、寄生虫的移动，触发去除刺激物或潜在威胁的运动行为。
此外，SPNs在将C-LTMR信号传递到大脑并引发湿狗抖动中扮演关键角色。不同类型的刺激，包括冷却剂、瘙痒原和其他C纤维感觉神经元的光激活，都能引发湿狗抖动。研究还表明SPB通路涉及热刺激和瘙痒反应。未来的研究将继续探索PBN在驱动湿狗抖动中的作用，并揭示PBN信号如何传递到大脑中的运动模式生成中心，启动这一进化保守的行为。
原文链接：
https://doi.org/10.1126/science.adq8834
来源：BioMed科技
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