神經(jīng)細胞發(fā)育遵循?神經(jīng)干細胞→神經(jīng)祖細胞→神經(jīng)母細胞→成熟神經(jīng)元的級聯(lián)路徑，但成年后僅特定腦區(qū)保留此能力?。盡管科學家在成年嚙齒動物上觀察到海馬等多個腦區(qū)的神經(jīng)發(fā)生過程，但關于成人海馬體中是否存在增殖的祖細胞一直存在爭議。增殖的神經(jīng)祖細胞和神經(jīng)源性細胞的軌跡難以確定，理解成人海馬體神經(jīng)發(fā)展的環(huán)節(jié)缺失。2025年7月3日，有研究團隊在《Science》期刊上發(fā)表了題為“Identification of proliferating neural progenitors in the adult human hippocampus”的文章，該研究通過單細胞RNA測序技術對人類從出生到成年不同年齡段的海馬體進行了分析。確定了在早期的兒童中所有神經(jīng)祖細胞的階段。在成年人中，利用抗增殖標志物Ki67的抗體和機器學習算法，發(fā)現(xiàn)了增殖的神經(jīng)祖細胞。此外，轉錄組數(shù)據(jù)表明神經(jīng)祖細胞位于齒狀回內。這些結果有助于理解成人的神經(jīng)發(fā)展過程。

該文章研究思路如下：

一、兒童時期海馬神經(jīng)祖細胞的特征分析

為了在人類海馬體中識別神經(jīng)祖細胞，研究者首先將研究重點放在年齡在0 - 5歲的個體上。根據(jù)以往的研究數(shù)據(jù)，預期在這個群體中會發(fā)現(xiàn)大量的神經(jīng)祖細胞。研究者對兒童組的海馬核進行了snRNA-seq（Single-nucleus RNA sequencing），根據(jù)標志物表達情況手動注釋主要細胞類型。得到兩大聚類，一個主要由星形膠質細胞組成，另一個由顆粒神經(jīng)元組成。這些聚類與中間神經(jīng)祖細胞（intermediate neural progenitor cells，INPs）和神經(jīng)母細胞有關，通過核表達細胞增殖標志物MKI67和/或EOMES連接起來。分析表明從表達INP標志物的細胞開始，依次表達神經(jīng)母細胞標記物的細胞群，最終進入顆粒神經(jīng)元簇，這表明存在神經(jīng)發(fā)生譜系。通過Louvain聚類和標志物表達來描繪神經(jīng)發(fā)生軌跡中的不同細胞階段。發(fā)現(xiàn)INP和神經(jīng)母細胞形成了獨立的細胞簇，而潛在的神經(jīng)干細胞則分散在星形膠質細胞簇中，并通過NESTIN、PAX6、ASCL1、SOX2 的共表達及S100β的低表達得以識別。潛在的未成熟神經(jīng)元會表達顆粒神經(jīng)元標志物PROX1、ST8SIA2、DCX以及低水平的GAD2。擴散圖分析證實了從神經(jīng)干細胞到增殖的INP細胞、神經(jīng)母細胞和顆粒神經(jīng)元的軌跡。通過差異基因表達分析，發(fā)現(xiàn)了一些在出生后神經(jīng)發(fā)生過程中尚未得到充分研究的基因，但這些基因在人類的神經(jīng)祖細胞和神經(jīng)母細胞中含量豐富，如EZH2；或者在神經(jīng)母細胞和未成熟神經(jīng)元中含量豐富，如GLRA2、EPHA3、KCNH7和SEMA3C。（見圖1）

圖1. 人類兒童時期海馬體中神經(jīng)生成軌跡的描繪

（圖片來源于《Science》雜志）

二、年輕小鼠與人類神經(jīng)祖細胞之間的相似性與差異性

研究者將人類兒童數(shù)據(jù)集與幼年小鼠海馬體數(shù)據(jù)集進行了整合。幾種細胞類型完全重合（如神經(jīng)祖細胞和神經(jīng)母細胞），而其他細胞類型則不同（如推定的神經(jīng)干細胞和未成熟神經(jīng)元），這表明物種之間在基因表達方面存在特定的細微差別。層次聚類顯示神經(jīng)祖細胞和神經(jīng)母細胞與小鼠對應細胞更為相似，而與人類其他細胞類型相似度較低，這表明人類和小鼠神經(jīng)發(fā)生細胞在轉錄水平上具有相似性。研究者評估了人類和小鼠神經(jīng)發(fā)生軌跡上典型神經(jīng)發(fā)生標志物的分布，并發(fā)現(xiàn)這兩種物種中均有表達。然而，它們的動態(tài)變化在從干細胞發(fā)展到未成熟神經(jīng)元的過程中有所不同。在小鼠中特異表達于神經(jīng)祖細胞和神經(jīng)母細胞的HES6在兒童海馬體中的干細胞和神經(jīng)祖細胞中有表達。在小鼠中特異表達于神經(jīng)祖細胞的EOMES在人類的神經(jīng)祖細胞和神經(jīng)母細胞中有表達。（見圖2）

圖2. 人類兒童期與幼年期小鼠海馬體中神經(jīng)祖細胞的比較

（圖片來源于《Science》雜志）

三、神經(jīng)祖細胞的富集與鑒定

為了確定青少年及成年人類海馬體中的神經(jīng)祖細胞，對19名年齡在13至78歲之間的個體的整個海馬體或齒狀回進行了snRNA-seq分析。在其中12名個體（20 至78歲）中，通過流式細胞術分選法富集了神經(jīng)祖細胞。與兒童組數(shù)據(jù)整合后，形成了一個涵蓋年齡范圍從0歲到78歲個體的數(shù)據(jù)集。在這個數(shù)據(jù)集中，通過無偏聚類和人工標注的方式，識別出了所有主要的海馬細胞類型。并通過對比測試幼年小鼠數(shù)據(jù)集證明了機器學習算法能夠高特異、保守地識別出潛在的神經(jīng)祖細胞，錯誤預測率很低，僅有0.37%。

四、青少年及成年人類海馬體中的神經(jīng)祖細胞

對青少年及成年人海馬體的 snRNA-seq 數(shù)據(jù)集應用機器學習技術，共識別出354個祖細胞，根據(jù)其表達模式和聚類特征確定這些細胞為神經(jīng)干細胞、神經(jīng)祖細胞和神經(jīng)母細胞。將此數(shù)據(jù)集與已發(fā)表的小鼠、豬和恒河猴海馬體snRNA-seq 數(shù)據(jù)集相結合，以小鼠為參考，發(fā)現(xiàn)所有年齡段中被發(fā)現(xiàn)的人類神經(jīng)組細胞，其發(fā)育軌跡與來自其他物種的神經(jīng)組細胞完全一致。此外，還發(fā)現(xiàn)人類祖細胞表達的標記物與其他物種的神經(jīng)祖細胞相似，但也有一些似乎是人類成人細胞特有的基因，如APOLD1和RRM2。在青少年和成年數(shù)據(jù)集中，大多數(shù)神經(jīng)組細胞核處于細胞周期中（與兒童數(shù)據(jù)集中的22%相比，占70%）。與兒童期的增殖祖細胞類似，處于細胞周期的青少年/成年祖細胞除了表達MKI67這種增殖標志物外，還表達其他一些標志物，如TOP2A、CENPF、PCNA、MCM2及SMC4、HMGB2（這些屬于神經(jīng)祖細胞中的細胞周期基因），與細胞分裂相關。（見圖3）

圖3. 青少年/成年人大腦海馬體中的神經(jīng)祖細胞

（圖片來源于《Science》雜志）

五、成人齒狀回中神經(jīng)祖細胞的空間定位

在齒狀回中鑒定出了同時表達NESTIN、SOX2 和ASCL1的神經(jīng)干細胞，表達 ASCL1、EOMES、SOX2、SOX11、EZH2和DCX 的INPs，及表達EZH2、EOMES、DCX、ST8SIA2、SOX11、IGFBPL1、ELAVL4、CALB2和STMN1的神經(jīng)母細胞。還定位了表達新標志物的細胞，發(fā)現(xiàn)這些細胞在人類神經(jīng)祖細胞中富集。此外，還發(fā)現(xiàn)那些同時表達神經(jīng)發(fā)生相關標志物和增殖標志物（但不表達其他細胞類型標志物）的細胞，大多集中在齒狀回和相鄰的海馬穹窿區(qū)域。（見圖4）

圖4. 對具有空間分辨率的成人神經(jīng)祖細胞及人類神經(jīng)源性微環(huán)境的單細胞轉錄組學特征分析

（圖片來源于《Science》雜志）

這篇研究報告了人類海馬體中從出生到成年期間神經(jīng)祖細胞的鑒定及分子特征。這些細胞在生命早期更為豐富且易于識別，而在青少年和成年人中則變得稀少，且存在顯著的個體差異。其次，發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)祖細胞位于齒狀回內，齒狀回是海馬體的主要通道，控制著信息從大腦皮層流向海馬體本身的方式。使用了snRNA-seq的方法，用于分析單個細胞核中的基因活性，使用流式細胞術來研究細胞特性，并通過結合機器學習，識別神經(jīng)元發(fā)育的不同階段。通過捕獲并描述增殖性神經(jīng)祖細胞，描繪出了人類成人神經(jīng)發(fā)生的完整細胞軌跡。這項研究揭示了大腦的終身可塑性，為神經(jīng)退行性疾病和精神疾病的治療提供了新思路。

云克隆開發(fā)了與該研究相關的靶標產(chǎn)品，部分指標節(jié)選如下：

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