Science追踪脊髓神经元家族树

　　拉霍拉脊髓神经细胞在身体中分支，就像树木，四肢向四面八方展开。但这张图片也可以用来讲述这些神经元的故事，它们的工作随着时间的推移变得越来越专业化，是如何在发展和进化历史中产生的。Salk的研究人员首次利用基因特征追踪了脊髓神经元的发育过程，并揭示了不同亚型的细胞是如何进化并最终发挥功能来调节我们的身体运动的。

　　

对脊髓神经元进行分类和研究的新方法可以为疾病或损伤的治疗提供依据。但这张图片也可以用来讲述这些神经元的故事，它们的工作随着时间的推移变得越来越专业化，是如何在发展和进化历史中产生的。Salk的研究人员首次利用基因特征追踪了脊髓神经元的发育，并揭示了不同亚型的细胞是如何进化并最终发挥功能来调节我们的身体运动的。

这一发现发表在2021年4月23日的《科学》杂志上，为进一步研究提供了对脊髓细胞亚群进行分类和标记的新方法，使用遗传标记来区分细胞家族树的分支。

脊髓神经元负责在脊髓和身体其他部位之间传递信息。研究脊髓神经元的研究人员通常将这些细胞分为“基本类”，即描述每种类型的神经元在胚胎发育过程中首先出现在脊髓中的位置。但是，在成人中，任何一个基本类的神经元都有不同的功能和分子特征。研究这些细胞的一小部分来区分它们的多样性是很困难的。然而，了解这些亚群的区别对于帮助研究人员理解脊髓神经元是如何控制运动的以及在神经生成性疾病或脊髓损伤中出现什么问题是至关重要的。

“很长时间以来，人们都知道基本类，尽管它们很有用，“在描述脊髓神经元的多样性方面是不完整的，”Pfaff实验室的研究生、这篇新论文的第一作者之一Peter Osseward和前研究生Marito Hayashi说，Marito Hayashi现在是哈佛大学的博士后，Osseward和Hayashi转向单细胞RNA测序技术来分析小鼠近7000个不同脊髓神经元中哪些基因被激活的差异。他们利用这些数据将细胞分成紧密相关的簇，就像科学家将相关生物分成一个族谱一样。

他们看到的第一个主要基因表达模式将脊髓神经元分成两个分支：感觉相关神经元（通过脊髓携带有关环境的信息）和运动相关神经元（通过脊髓传递运动指令）。普法夫说，这表明，在一个古老的有机体中，脊髓进化的第一步可能是将脊髓神经元分为运动和感觉两个角色。

当研究小组分析家谱中的下一个分支时，他们发现，感觉相关的神经元随后分裂成兴奋性和抑制性神经元，这两个部分描述了神经元如何发送信息。但当研究人员观察运动相关神经元时，他们发现了一个更令人惊讶的分裂：基于一个新的遗传标记，这些细胞聚集成两个不同的群体。当研究小组对脊髓中属于每一组的细胞进行染色后，很明显，这些标记物是根据神经元在体内的长程或短程连接来分化神经元的。进一步的实验表明，长程和短程特性的遗传模式在所有被测试的基数类中都是共同的。

“该领域的假设是，指定长程和短程神经元的遗传规则将特定于每个基数类，”Osseward和Hayashi说因此，看到它实际上超越了基数阶级，这真的很有趣。”

这个观察结果不仅有趣，而且也很有用。以前，可能需要许多不同的基因标签来缩小研究人员想要研究的一种特定神经元类型的范围。使用这么多的标记物在技术上是有挑战性的，这在很大程度上妨碍了研究人员一次只研究一种脊髓神经元亚型，只有两个标记——一个先前已知的基数类标记和一个新发现的长程或短程特性遗传标记——可以用来标记非常特殊的神经元群体。? 例如，在研究哪一组神经元受到脊髓损伤或神经退行性疾病的影响，以及最终，如何再生这些特定的细胞。

研究人员说，这篇新论文研究的脊髓神经元家族树的进化起源可能非常古老，因为他们发现的遗传标记在许多物种中都是保守的。因此，尽管他们没有研究老鼠以外的动物的脊髓神经元，但他们预测，在大多数有脊髓的活体动物身上也会发现同样的基因模式。“这是原始的东西，从两栖动物到人类的一切都与之相关，”普法夫说在进化的背景下，这些遗传模式告诉我们在一些最早的生物中可能发现了什么样的神经元。”

DOI:10.1126/science.abe0690