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《科學(xué)》:中國科學(xué)家揭示,人腦中間神經(jīng)元多樣性從何而來?

▎藥明康德內(nèi)容團隊編輯  


在我們的大腦皮層中,有兩類神經(jīng)元源自發(fā)育的端腦結(jié)構(gòu)。除了興奮性神經(jīng)元,中間神經(jīng)元是另一類重要的神經(jīng)元,它們可以通過釋放γ-氨基丁酸(GABA)調(diào)節(jié)興奮性神經(jīng)元的活動。

此前的研究已經(jīng)揭示,中間神經(jīng)元源于位于腹側(cè)端腦的神經(jīng)節(jié)隆起(GE)。這類神經(jīng)元的異常會打破神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的興奮-抑制平衡,導(dǎo)致癲癇、自閉癥、精神分裂等神經(jīng)系統(tǒng)疾病。

對于大腦皮層中興奮性神經(jīng)元的發(fā)育方式,科學(xué)家已經(jīng)有了長足的了解。但與此同時,對于中間神經(jīng)元在人的神經(jīng)節(jié)隆起中形成的機制、它們的多樣性從何而來等問題,科學(xué)界的認識還十分有限。

在一篇發(fā)表于《科學(xué)》的論文中,中國科學(xué)院生物物理研究所王曉群研究員、北京師范大學(xué)吳倩教授聯(lián)合英國倫敦國王學(xué)院Oscar Marin教授,使用單細胞RNA測序技術(shù)獲得了妊娠期9-18孕周之間,正在發(fā)育的人類神經(jīng)節(jié)隆起中超過5萬個單細胞的轉(zhuǎn)錄信息。這些信息揭示了人腦中間神經(jīng)元的起源。此外,研究團隊闡述了神經(jīng)節(jié)隆起中形成的神經(jīng)元譜系的發(fā)育軌跡,及其多樣性形成的分子調(diào)控機制。


在這項研究中,研究團隊首先對神經(jīng)節(jié)隆起中的神經(jīng)祖細胞及分裂后的神經(jīng)元進行了區(qū)分。

對于前者,他們發(fā)現(xiàn),與皮層中的神經(jīng)祖細胞相似的是,端腦神經(jīng)節(jié)隆起中的神經(jīng)祖細胞包括放射狀膠質(zhì)細胞(RGCs)及中間神經(jīng)元祖細胞(IPCs)。而在探究神經(jīng)節(jié)隆起的側(cè)腦室室下(SVZ)區(qū)域擴大機制時,他們發(fā)現(xiàn)了與皮層不同的機制:是IPCs而不是RGCs的增多導(dǎo)致了該區(qū)域的擴大。

而對于分裂后的神經(jīng)元,研究也取得了新發(fā)現(xiàn)。分裂后的神經(jīng)元又可以進一步區(qū)分為內(nèi)側(cè)、外側(cè)和尾側(cè)神經(jīng)節(jié)隆起。研究指出,這些不同的神經(jīng)節(jié)隆起驅(qū)動了不同發(fā)育軌跡。尤其值得注意的是,作者描述了嗅球神經(jīng)元、紋狀體和蒼白質(zhì)GABAergic投射神經(jīng)元、紋狀體和皮層GABAergic中間神經(jīng)元的發(fā)育軌跡。

▲源自人類神經(jīng)節(jié)隆起的神經(jīng)元的發(fā)育軌跡(圖片來源:參考資料[1])

該研究還揭示了人類中間神經(jīng)元多樣性的形成。雖然人類皮層中間神經(jīng)元的發(fā)育需要較長的時間,但在這些細胞抵達發(fā)育中的皮層之前,它們的多樣性就已經(jīng)在神經(jīng)節(jié)隆起區(qū)域確定了。

至此,這項研究揭示了人腦中間神經(jīng)元的發(fā)育及多樣性的形成機制,有助于認識大腦發(fā)育的調(diào)節(jié)機制。另一方面,由于紋狀體和皮層GABAergic神經(jīng)元參與了自閉癥、精神分裂癥等神經(jīng)發(fā)育障礙,這項研究揭示的相關(guān)神經(jīng)元發(fā)育軌跡,將有助于揭示神經(jīng)發(fā)育障礙的起源。

[1] Yinchao Shi et al., Mouse and human share conserved transcriptional programs for interneuron developmentScience (2021)DOI: 10.1126/science.abj6641
[2] 研究解析人腦中間神經(jīng)元多樣性的發(fā)育機制. Retrieved Dec. 10, 2021, from https://www.cas.cn/syky/202112/t20211210_4817789.shtml
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