利用正调谐电压指示剂ASAP4.4-Kv在体成像揭示初级感觉神经元的感觉传递与可塑性机制

本研究针对初级感觉神经元异质性编码机制不清的问题，开发了基于正调谐电压指示剂ASAP4.4-Kv的在体成像技术。研究人员通过AAV病毒递送系统在DRG神经元中表达ASAP4.4-Kv，结合机械/热/化学刺激模型，首次在活体小鼠中观察到损伤后神经元电同步现象，揭示了感觉编码的动态转化机制。该研究为解析外周感觉信号处理的时空动态提供了新工具，发表于《Nature Communications》。

　　

感知外界刺激如何转化为神经电信号是神经科学的核心问题。初级感觉神经元虽能通过背根神经节(DRG)将触觉、温度、化学刺激转化为电信号，但异质性神经元如何编码不同感觉模态仍不清楚。传统电生理技术存在侵入性强、时空分辨率有限等缺陷，而基因编码钙离子指示剂(genetically-encoded Ca²⁺ indicators, GECIs)虽能实现群体神经元观测，却因钙信号动力学缓慢难以捕捉快速电活动。更棘手的是，组织损伤后神经元间如何通过电耦合导致痛觉敏化，始终缺乏在体证据。

美国德克萨斯大学圣安东尼奥健康科学中心(University of Texas Health Science Center at San Antonio, UTHSA)的Yan Zhang、Yu Shin Kim团队开发了新型正调谐电压指示剂ASAP4.4-Kv，通过将其靶向定位于Kv2.1钾通道富集的神经元胞体膜，首次实现了活体DRG电压动态的高保真成像。这项突破性研究发表于《Nature Communications》，揭示了损伤诱导的神经元电同步现象，为理解感觉信息整合提供了全新视角。

研究采用AAV8-hSyn-ASAP4.4-Kv病毒转导DRG神经元，结合完整DRG暴露手术和共聚焦线扫描成像(1.1kHz)。通过建立完全弗氏佐剂(CFA)炎症和坐骨神经慢性压迫(SN-CCI)模型，对比分析了机械(刷子/冯弗雷丝/压力)、热(50°C/0°C)和化学(KCl/辣椒素)刺激响应。同步采用Pirt-GCaMP3转基因小鼠进行钙成像对照，并应用缝隙连接阻滞剂卡贝诺酮(CBX)验证电耦合机制。

电同步现象揭示神经元间通讯新机制

通过双神经元线扫描成像发现，正常小鼠DRG仅6%相邻神经元表现电活动同步，而CFA或SN-CCI处理后该比例显著升高。

CBX处理可消除这种同步性，证实缝隙连接介导的细胞间通讯是外周敏化的重要机制。相较之下，GCaMP3钙成像虽能检测自发活动神经元数量增加，却无法解析毫秒级电同步事件。

机械刺激编码的强度依赖性转化

0.4g冯弗雷丝刺激在正常小鼠仅诱发短暂阈下电位，而损伤后神经元出现显著电压波动 summation。

300g强压力刺激在损伤模型引发更剧烈的膜电位波动，但钙信号群体响应却无显著差异，凸显电压成像在检测动态编码转化方面的优势。

温度模态的特异性编码策略

50°C热刺激诱发缓慢去极化斜坡，而0°C冷刺激则呈现爆发式或单峰式两种放电模式。

值得注意的是，炎症虽降低冷敏感神经元的钙瞬变幅度，但电压成像显示其电编码能力仍保留，提示DRG网络层面存在抑制性调控。

化学刺激引发剧烈电压振荡

50mM KCl或10μM辣椒素使损伤模型神经元电压波动增加4倍，辣椒素主要激活表达TRPV1受体的小/中型神经元。

该研究通过开发ASAP4.4-Kv电压成像技术，首次在体证实了损伤诱导的DRG神经元电同步现象，揭示了不同感觉模态的动态编码规律。相比钙成像，电压成像能同时检测阈下电位波动和动作电位，时间分辨率提高一个数量级。发现神经元通过缝隙连接实现电耦合，为开发靶向外周神经网络的镇痛策略提供了新靶点。未来结合双色GEVI/GECI成像，将更全面解析感觉信息处理的时空动态特征。研究也存在病毒转导效率、光稳定性等局限，需通过转基因动物模型进一步优化。这项技术突破为理解疼痛、痒觉等疾病的神经机制开辟了新途径。