近日，深圳市南山人民醫(yī)院疼痛科、深圳市疼痛醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孫武平教授團(tuán)隊(duì)與香港中文大學(xué)劉曉東教授團(tuán)隊(duì)合作在Cell Biology and Toxicology(IF 5.9)上發(fā)表了題為“Single-nucleus rna sequencing identifies universal camk1d upregulation and dysregulated c-ltmr subtypes as key drivers of paclitaxel-induced neuropathy”的研究成果。研究人員構(gòu)建紫杉醇處理的小鼠模型以模擬化療誘導(dǎo)的神經(jīng)病變，通過(guò)背根神經(jīng)節(jié)(DRG)的單核RNA測(cè)序(snRNA-seq)技術(shù)，揭示了Camk1d基因上調(diào)和C-LTMR亞型失調(diào)是紫杉醇誘導(dǎo)神經(jīng)病變的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素，提出“神經(jīng)元亞型特異性失調(diào)”假說(shuō)，這項(xiàng)系統(tǒng)性研究闡明了紫杉醇誘導(dǎo)神經(jīng)病理性疼痛的分子機(jī)制，為開(kāi)發(fā)靶向治療策略提供了新思路。真邁生物GenoLab M平臺(tái)和墨卓生物Mobibova?-100為本研究提供高質(zhì)量的snRNA-seq測(cè)序支持。
紫杉醇(Paclitaxel)是一種廣泛使用的化療藥物，但其常導(dǎo)致劑量限制性周圍神經(jīng)病變(CIPN, chemotherapy-induced peripheral neuropathy)，臨床表現(xiàn)為肢體麻木、感覺(jué)異常及機(jī)械/溫度刺激痛覺(jué)過(guò)敏。約30%-40%的癌癥患者受CIPN困擾，常被迫降低化療劑量甚至終止治療。然而，CIPN尚無(wú)有效臨床對(duì)策，且分子機(jī)制尚未完全闡明。化療藥物會(huì)損傷細(xì)胞骨架和線粒體等亞結(jié)構(gòu)，改變信號(hào)通路、膜受體/離子通道及神經(jīng)遞質(zhì)水平，進(jìn)而影響感覺(jué)神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞的RNA/蛋白表達(dá)，降低神經(jīng)元興奮閾值。單細(xì)胞組學(xué)技術(shù)的突破為解析CIPN提供了新視角，不僅能繪制疼痛通路的細(xì)胞圖譜，還能發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)組織水平分析遺漏的細(xì)胞類型特異性改變，為開(kāi)發(fā)神經(jīng)元亞型靶向療法、實(shí)現(xiàn)抗癌與神經(jīng)保護(hù)雙贏奠定基礎(chǔ)。本研究通過(guò)單核RNA測(cè)序技術(shù)深入探索紫杉醇誘導(dǎo)的神經(jīng)病理性疼痛機(jī)制，旨在為CIPN的精準(zhǔn)治療提供新策略。紫杉醇誘導(dǎo)的CIPN小鼠DRG細(xì)胞的異質(zhì)性
為探究紫杉醇誘導(dǎo)神經(jīng)病理性疼痛的細(xì)胞類型特異性機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了紫杉醇誘導(dǎo)的CIPN小鼠模型，實(shí)驗(yàn)分組包括：生理鹽水處理14天(Ctrl)、紫杉醇處理14天(Pac14)及紫杉醇處理14天后恢復(fù)7天(Pac21)。模型構(gòu)建成功后，取小鼠腰椎(L4、L5、L6)背根神經(jīng)節(jié)(DRG)進(jìn)行單核RNA測(cè)序，最終鑒定出8種主要DRG細(xì)胞群，包括：Snap25+神經(jīng)元，Apoe+衛(wèi)星膠質(zhì)細(xì)胞(SGC)，Mpz+施萬(wàn)細(xì)胞(Schwann)，Dcn+成纖維細(xì)胞(Fibro)，F(xiàn)lt1+內(nèi)皮細(xì)胞(Endo)，Myl1+血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)，Ptprc+免疫細(xì)胞(Immune)以及一個(gè)未定義群(Und)。
圖1 紫杉醇誘導(dǎo)的CIPN小鼠DRG細(xì)胞的異質(zhì)性
CIPN小鼠DRG神經(jīng)元的異質(zhì)性
研究團(tuán)隊(duì)聚焦于DRG神經(jīng)元細(xì)胞亞群，鑒定出12個(gè)神經(jīng)元亞群：本體感受神經(jīng)元：Wnt7a+(Proprio/Wnt7a)、Prokr2+(Proprio/Prokr2)；低閾值機(jī)械感受神經(jīng)元：Ptgfr+Aβ(Aβ_LTMR)、Cadps2+(Aδ_LTMR)、Tafa4+(C_LTMR)、Th+/Tafa4+(C_LTMR/Th)；熱痛覺(jué)感受神經(jīng)元：Sstr2+(Heat)、Rxfp1+(Heat/Rxfp1)；冷痛覺(jué)感受神經(jīng)元：Trpm8+(Cold)；癢覺(jué)感受神經(jīng)元：Mrgprd+/Lpar3+(Itch/Lpar3)、Nppb+(Itch/Nppb)、Mrgpra3+(Itch/Mrgpra3)。
圖2?snRNA-seq解析CIPN小鼠DRG的12類神經(jīng)元亞群
與其他神經(jīng)元亞群相比，C型低閾值機(jī)械感受器(C_LTMR)和癢覺(jué)感受器(Itch/Lpar3)在紫杉醇處理后差異表達(dá)基因(DEGs)數(shù)量最多，提示其對(duì)紫杉醇毒性高度敏感。紫杉醇處理14天組，C_LTMR中上調(diào)的DEGs顯著富集于線粒體核糖體、線粒體基質(zhì)和神經(jīng)元投射末端等細(xì)胞組分，表明線粒體功能障礙和軸突結(jié)構(gòu)可能早期受累。紫杉醇處理21天組，觀察到C_LTMR中RNA剪接、DNA損傷響應(yīng)通路激活，以及突觸后密度、鉀通道復(fù)合物等下調(diào)，提示紫杉醇可能導(dǎo)致鉀電流失調(diào)以及突觸傳遞異常。此外，Camk1d、Rn18s和Cdk8等基因在多個(gè)神經(jīng)元亞型中普遍上調(diào)，可能是紫杉醇神經(jīng)毒性的分子標(biāo)志物。
圖3?CIPN小鼠DRG神經(jīng)元中轉(zhuǎn)錄本的變化
Camk1d在CIPN小鼠體內(nèi)的功能驗(yàn)證
Camk1d在紫杉醇處理的DRG神經(jīng)元中普遍上調(diào)，且跨越多個(gè)神經(jīng)元亞型和時(shí)間點(diǎn)，提示其可作為化療神經(jīng)毒性的分子標(biāo)簽。通過(guò)Camk1d基因在CIPN小鼠體內(nèi)的敲除實(shí)驗(yàn)，研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)：Camk1d敲除對(duì)機(jī)械性痛覺(jué)過(guò)敏無(wú)影響，相反，Camk1d特異性介導(dǎo)熱痛覺(jué)過(guò)敏和冷超敏反應(yīng)，與人類CIPN患者以溫度痛覺(jué)障礙為主的臨床特征高度一致。結(jié)論：Camk1d通過(guò)調(diào)控溫度感知通路選擇性地驅(qū)動(dòng)溫度痛覺(jué)，為開(kāi)發(fā)癥狀精準(zhǔn)干預(yù)策略提供靶點(diǎn)。
圖4?Camk1d在CIPN小鼠體內(nèi)的功能驗(yàn)證
1、C_LTMR神經(jīng)元作為紫杉醇神經(jīng)毒性的主要靶點(diǎn)，其功能紊亂直接驅(qū)動(dòng)疼痛發(fā)生；
2、Camk1d基因特異性調(diào)控溫度痛覺(jué)超敏（熱/冷過(guò)敏），與人類CIPN癥狀高度吻合，可作為潛在的治療靶點(diǎn)。
Sun, Wuping, et al. "Single-nucleus rna sequencing identifies universal camk1d upregulation and dysregulated c-ltmr subtypes as key drivers of paclitaxel-induced neuropathy." Cell Biology and Toxicology 41.1 (2025): 114.