动物对于机械力的感受是将外界力的刺激转化成为生物信号的是一种生理过程。对于机械力刺激的感知是多种感觉过程的基础，包括触觉，听觉和机械痛觉等。为了应对环境中复杂的力学刺激，生物体发展多种多样的机械力感受细胞。其中，机械痛觉感受细胞可以感受具有伤害性的外力刺激，使得生物体能够规避危险，这对于生存至关重要。果蝇幼虫的IV型多树突神经元（c4da）是研究机械痛觉原理和机制的模式细胞，之前的研究揭示了c4da神经元参与痛觉感受的神经通路和负责感知机械力的关键力敏感离子通道，但是对于该类痛觉感受细胞处理机械力信号的细胞生物学机制依然不清楚。
图一 “机械力-光学”联用装置的模型示意图
图二 组织原位机械力此计及钙成像
2022年10月6日，清华大学生命学院、清华-IDG/麦戈文脑科学研究院梁鑫课题组在eLife杂志上在线发表了题为“果蝇机械痛觉感受器优先感知局部刺痛”（Drosophila Mechanical Nociceptors Preferentially Sense Localized Poking）的研究论文。该论文利用自行搭建的“机械力-光学”联用装置（图一），对果蝇c4da痛觉神经元进行了原位机械力刺激，并同步记录和分析了神经元对不同类型力信号的响应（图二）。研究发现c4da神经元对毫牛级别的机械力刺激敏感，同时对压强分布范围较小的刺激表现出更高的敏感性，这一发现为理解c4da神经元参与感知果蝇幼虫天敌的袭击提供了细胞生物学基础。进一步的实验和力学模型分析发现c4da神经元通过优化自身的树突网络形态，发展对侧向组织张力的敏感性和树突内主动信号扩散等细胞生物学机制优化了其对机械痛觉刺激的感知（图三）。该项研究结合了生物物理和神经科学等诸多相关领域的研究方法和技术，其结果为进一步理解机械痛觉的形成机制提供了重要参考，也拓展了关于机械痛觉感受的细胞与分子通路的基础知识。
图三 c4da神经细胞感受局部机械痛觉的细胞生物学机制
清华大学生命科学学院梁鑫副教授为本文的通讯作者，清华大学2015级博士生刘真和博士后吴孟华博士为本文共同第一作者，清华大学生命学院梁鑫课题组王琦轩博士对实验的进行提供了重要帮助。清华大学航天航空学院生物力学与医学工程研究所冯西桥教授、李博副教授和林绍珍博士完成了本工作中的力学模型分析。本研究得到国家自然科学基金、清华-北大生命科学联合中心及清华-IDG/麦戈文脑科学研究院的支持。
