孤立的merkel细胞响应触摸。图片:Ellen Lumpkin /哥伦比亚大学欧文医疗中心

软抚摸背后的科学

对科学家来说,触摸仍然是我们最神秘的感觉。

我们的视觉感觉,听觉,气味和味道的细胞和分子已知50或多年,但刚刚开始识别哺乳动物来检测触摸的基本机制。

“我们对触摸的理解速度缓慢地出现,因为皮肤被建造的各种神经元都被支配,这是为了触发不同的感觉,”哥伦比亚大学Vagelos医师和外科医院的机械师博士学卫生组织的机械师博士表示。

“但现在,新技术让我们看到单个组件,并打开和关闭整个细胞,正在加速我们的进展。这些技术阐明了各种皮肤细胞是如何参与触觉的,并揭示了之前未知的机械感受器。”

一些皮肤细胞检测温和的触摸

软抚摸背后的科学

皮肤的感觉系统是独一无二的,它引起了不同的感觉,包括疼痛,瘙痒,热,振动,轻度压力和轻柔的触感。

Lumpkin的实验室帮助揭示了检测温和触摸的细胞和分子并将这些信号发送到大脑。

四年前,他们发现皮肤的梅尔克尔细胞 - 集中在我们的手指和嘴唇中 - 是“温和”触摸的真生受体。(细胞首先在1875年鉴定并命名为“Taztzellen”或触摸细胞,但它们的功能仍然存在争议,超过130年。)

默克尔细胞对精细的运动技能尤为重要。它们帮助我们检测物体的边缘和纹理,以及手的轻柔抚摸或轻压。没有默克尔的手机,扣衬衫扣子,使用叉子,或输入电子邮件都将是困难的。

细胞也可能有助于我们的认知发展。其他研究人员发现的婴儿被剥夺了触摸,制定了能够持续到成年期的认知赤字。

如果默克尔细胞出现故障,轻轻触摸可能会引起疼痛,并导致瘙痒。我们皮肤中的默克尔细胞数量会随着年龄的增长而减少,这或许可以解释为什么我们对触摸的敏感度会下降。

最新研究显示大脑是如何接收皮肤的触摸信号的

尽管兰普金的研究将默克尔细胞确定为真正的触摸细胞,但只有大脑接收到信息后,才会感知到轻柔触摸的感觉。

但由于Merkel细胞是皮肤细胞,而不是神经元,目前尚不清楚它们如何与神经系统通信。

在小鼠中,她和研究生Benjamin Hoffman的Merkel细胞发现,细胞用不同寻常的神经递质:Norepinephrine将触摸信息发送给邻近神经元。

“假”荧光神经递质帮助霍夫曼看到了默克尔细胞的活动,并锁定去甲肾上腺素。

“看到细胞占用荧光神经递质后 - 并在触摸时释放它们 - 我们知道细胞用三个神经递质之一发送触摸信号,”霍夫曼说。“当我们一个接一个地测试它们时,只有Norepinephrine激活神经元。”

梅尔克尔细胞(蓝色)在皮肤中检测轻触。图片:Ellen Lumpkin /哥伦比亚大学欧文医疗中心
在皮肤中,Merkel细胞(蓝色)检测光触摸并将这些信号传递给感觉神经元(红色),这将信号转移到大脑。图片:Ellen Lumpkin /哥伦比亚大学欧文医疗中心。

调查结果表明Beta阻滞剂可能会损害触感

在发现去甲肾上腺素后,研究人员将注意力转向接收神经递质的神经元。他们发现,这些神经元通过β -肾上腺素能受体接收神经递质,从而使神经元向大脑发送电信号。

这一发现可能解释了为什么一些服用受体阻滞剂的人会出现麻木。受体阻滞剂是一种阻塞受体的药物,广泛用于治疗高血压。

兰普金说:“这也表明,我们或许可以用含有-受体阻滞剂的润肤液来治疗疼痛和瘙痒,或者用刺激受体的药物来治疗触觉敏感性的丧失。”

“最终,像这样的研究,”她补充道,“有能力引导我们找到新的疗法,恢复受伤或衰老后失去的触觉敏感性,停止触摸出错时产生的疼痛,并更好地理解触摸与我们的认知和情感状态之间的联系。”

参考文献

Ellen Lumpkin是哥伦比亚大学哥伦比亚大学医师和外科医生的生理学和细胞生物物理学和皮肤科,以及CIPN&Sensory神经科学的联合主任汤普森家族基础倡议。

Benjamin U. Hoffman是一名研究生哥伦比亚大学神经生物学和行为博士项目

本文标题为“Merkel细胞通过肾上腺素能突触激活感觉神经途径并于11月8日在线发表在《神经元》(Neuron)杂志上。

其他作者:Yoshichika Baba(哥伦比亚大学欧文医疗中心),Theanne N. Griffith(CUIMC),Eugene V. Mosharov(Cuimc),Seunge-Hyun Woo(Scripts Research Institute),Daniel D. Roybal(CUIMC),Gerard Karsenty(CUIMC),ARDEM PATAPOUTIAN(Scripps研究所和Howard Hughes Medical Institute)和David Sulzer(CUIMC)。

这项研究得到了美国国立卫生研究院(R01AR051219.F31NS105449R01NS095435R01MH108186.R01DA07418T32GM007367P30AR044535.,P30CA013696),Burroughs Wellcome Fund PDep计划,JPB基金会,霍华德休斯医学院,以及诺华研究基金会的基因组学研究所。

作者宣布没有财务或其他利益冲突。