神經(jīng)細(xì)胞發(fā)育遵循?神經(jīng)干細(xì)胞→神經(jīng)祖細(xì)胞→神經(jīng)母細(xì)胞→成熟神經(jīng)元的級(jí)聯(lián)路徑，但成年后僅特定腦區(qū)保留此能力?。盡管科學(xué)家在成年嚙齒動(dòng)物上觀察到海馬等多個(gè)腦區(qū)的神經(jīng)發(fā)生過(guò)程，但關(guān)于成人海馬體中是否存在增殖的祖細(xì)胞一直存在爭(zhēng)議。增殖的神經(jīng)祖細(xì)胞和神經(jīng)源性細(xì)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(tuán)隊(duì)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(guò)單細(xì)胞RNA測(cè)序技術(shù)對(duì)人類(lèi)從出生到成年不同年齡段的海馬體進(jìn)行了分析。確定了在早期的兒童中所有神經(jīng)祖細(xì)胞的階段。在成年人中，利用抗增殖標(biāo)志物Ki67的抗體和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，發(fā)現(xiàn)了增殖的神經(jīng)祖細(xì)胞。此外，轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)表明神經(jīng)祖細(xì)胞位于齒狀回內(nèi)。這些結(jié)果有助于理解成人的神經(jīng)發(fā)展過(guò)程。

該文章研究思路如下：

一、兒童時(shí)期海馬神經(jīng)祖細(xì)胞的特征分析

為了在人類(lèi)海馬體中識(shí)別神經(jīng)祖細(xì)胞，研究者首先將研究重點(diǎn)放在年齡在0 - 5歲的個(gè)體上。根據(jù)以往的研究數(shù)據(jù)，預(yù)期在這個(gè)群體中會(huì)發(fā)現(xiàn)大量的神經(jīng)祖細(xì)胞。研究者對(duì)兒童組的海馬核進(jìn)行了snRNA-seq（Single-nucleus RNA sequencing），根據(jù)標(biāo)志物表達(dá)情況手動(dòng)注釋主要細(xì)胞類(lèi)型。得到兩大聚類(lèi)，一個(gè)主要由星形膠質(zhì)細(xì)胞組成，另一個(gè)由顆粒神經(jīng)元組成。這些聚類(lèi)與中間神經(jīng)祖細(xì)胞（intermediate neural progenitor cells，INPs）和神經(jīng)母細(xì)胞有關(guān)，通過(guò)核表達(dá)細(xì)胞增殖標(biāo)志物MKI67和/或EOMES連接起來(lái)。分析表明從表達(dá)INP標(biāo)志物的細(xì)胞開(kāi)始，依次表達(dá)神經(jīng)母細(xì)胞標(biāo)記物的細(xì)胞群，最終進(jìn)入顆粒神經(jīng)元簇，這表明存在神經(jīng)發(fā)生譜系。通過(guò)Louvain聚類(lèi)和標(biāo)志物表達(dá)來(lái)描繪神經(jīng)發(fā)生軌跡中的不同細(xì)胞階段。發(fā)現(xiàn)INP和神經(jīng)母細(xì)胞形成了獨(dú)立的細(xì)胞簇，而潛在的神經(jīng)干細(xì)胞則分散在星形膠質(zhì)細(xì)胞簇中，并通過(guò)NESTIN、PAX6、ASCL1、SOX2 的共表達(dá)及S100β的低表達(dá)得以識(shí)別。潛在的未成熟神經(jīng)元會(huì)表達(dá)顆粒神經(jīng)元標(biāo)志物PROX1、ST8SIA2、DCX以及低水平的GAD2。擴(kuò)散圖分析證實(shí)了從神經(jīng)干細(xì)胞到增殖的INP細(xì)胞、神經(jīng)母細(xì)胞和顆粒神經(jīng)元的軌跡。通過(guò)差異基因表達(dá)分析，發(fā)現(xiàn)了一些在出生后神經(jīng)發(fā)生過(guò)程中尚未得到充分研究的基因，但這些基因在人類(lèi)的神經(jīng)祖細(xì)胞和神經(jīng)母細(xì)胞中含量豐富，如EZH2；或者在神經(jīng)母細(xì)胞和未成熟神經(jīng)元中含量豐富，如GLRA2、EPHA3、KCNH7和SEMA3C。（見(jiàn)圖1）

圖1. 人類(lèi)兒童時(shí)期海馬體中神經(jīng)生成軌跡的描繪

（圖片來(lái)源于《Science》雜志）

二、年輕小鼠與人類(lèi)神經(jīng)祖細(xì)胞之間的相似性與差異性

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

圖2. 人類(lèi)兒童期與幼年期小鼠海馬體中神經(jīng)祖細(xì)胞的比較

（圖片來(lái)源于《Science》雜志）

三、神經(jīng)祖細(xì)胞的富集與鑒定

為了確定青少年及成年人類(lèi)海馬體中的神經(jīng)祖細(xì)胞，對(duì)19名年齡在13至78歲之間的個(gè)體的整個(gè)海馬體或齒狀回進(jìn)行了snRNA-seq分析。在其中12名個(gè)體（20 至78歲）中，通過(guò)流式細(xì)胞術(shù)分選法富集了神經(jīng)祖細(xì)胞。與兒童組數(shù)據(jù)整合后，形成了一個(gè)涵蓋年齡范圍從0歲到78歲個(gè)體的數(shù)據(jù)集。在這個(gè)數(shù)據(jù)集中，通過(guò)無(wú)偏聚類(lèi)和人工標(biāo)注的方式，識(shí)別出了所有主要的海馬細(xì)胞類(lèi)型。并通過(guò)對(duì)比測(cè)試幼年小鼠數(shù)據(jù)集證明了機(jī)器學(xué)習(xí)算法能夠高特異、保守地識(shí)別出潛在的神經(jīng)祖細(xì)胞，錯(cuò)誤預(yù)測(cè)率很低，僅有0.37%。

四、青少年及成年人類(lèi)海馬體中的神經(jīng)祖細(xì)胞

對(duì)青少年及成年人海馬體的 snRNA-seq 數(shù)據(jù)集應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，共識(shí)別出354個(gè)祖細(xì)胞，根據(jù)其表達(dá)模式和聚類(lèi)特征確定這些細(xì)胞為神經(jīng)干細(xì)胞、神經(jīng)祖細(xì)胞和神經(jīng)母細(xì)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(jié)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(lèi)神經(jīng)組細(xì)胞，其發(fā)育軌跡與來(lái)自其他物種的神經(jīng)組細(xì)胞完全一致。此外，還發(fā)現(xiàn)人類(lèi)祖細(xì)胞表達(dá)的標(biāo)記物與其他物種的神經(jīng)祖細(xì)胞相似，但也有一些似乎是人類(lèi)成人細(xì)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(xì)胞核處于細(xì)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(xì)胞類(lèi)似，處于細(xì)胞周期的青少年/成年祖細(xì)胞除了表達(dá)MKI67這種增殖標(biāo)志物外，還表達(dá)其他一些標(biāo)志物，如TOP2A、CENPF、PCNA、MCM2及SMC4、HMGB2（這些屬于神經(jīng)祖細(xì)胞中的細(xì)胞周期基因），與細(xì)胞分裂相關(guān)。（見(jiàn)圖3）

圖3. 青少年/成年人大腦海馬體中的神經(jīng)祖細(xì)胞

（圖片來(lái)源于《Science》雜志）

五、成人齒狀回中神經(jīng)祖細(xì)胞的空間定位

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

圖4. 對(duì)具有空間分辨率的成人神經(jīng)祖細(xì)胞及人類(lèi)神經(jīng)源性微環(huán)境的單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)特征分析

（圖片來(lái)源于《Science》雜志）

這篇研究報(bào)告了人類(lèi)海馬體中從出生到成年期間神經(jīng)祖細(xì)胞的鑒定及分子特征。這些細(xì)胞在生命早期更為豐富且易于識(shí)別，而在青少年和成年人中則變得稀少，且存在顯著的個(gè)體差異。其次，發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)祖細(xì)胞位于齒狀回內(nèi)，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(gè)細(xì)胞核中的基因活性，使用流式細(xì)胞術(shù)來(lái)研究細(xì)胞特性，并通過(guò)結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)，識(shí)別神經(jīng)元發(fā)育的不同階段。通過(guò)捕獲并描述增殖性神經(jīng)祖細(xì)胞，描繪出了人類(lèi)成人神經(jīng)發(fā)生的完整細(xì)胞軌跡。這項(xiàng)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(kāi)發(fā)了與該研究相關(guān)的靶標(biāo)產(chǎn)品，部分指標(biāo)節(jié)選如下：

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