两项单细胞研究剖析了胎儿脊髓的发育过程

　　由独立研究小组开展的两项新研究揭示了形成胎儿脊髓的不同细胞类型，以及这些细胞类型的命运是如何决定的。这两个小组还发现了人类脊髓的发育过程与啮齿类动物有何不同。

　　

由独立研究小组开展的两项新研究揭示了形成胎儿脊髓的不同细胞类型，以及这些细胞类型的命运是如何决定的。这两个小组还发现了人类脊髓的发育过程与啮齿类动物有何不同。

这两项研究成果都发表在《Nature Neuroscience》（自然-神经科学）杂志上。

人类脊髓是中枢神经系统中的一部分，对大脑与身体之间的交流至关重要。对脊髓发育的深入研究有助于了解因脊髓损伤引起的疾病和某些形式的儿科癌症。

在第一项研究中，斯坦福大学的研究人员利用10x Genomics Chromium单细胞平台，对四个发育中的人类脊髓样本开展了单细胞和单细胞核RNA测序，这些样本分别为17孕周和18孕周。他们获得了112,554个细胞和34,884个细胞核的转录组。

尽管目前已经知道啮齿类动物脊髓中的星形胶质细胞在空间和功能上是异质性的，但研究人员想了解人类是否也是如此。

利用免疫组化技术，他们发现沿着人类脊髓的两条轴存在九个星形胶质细胞簇。第一条多样性轴对应了背腹轴，而第二条轴则对应了白质和灰质星形胶质细胞。

研究人员还发现，人类样本中原生质星形胶质细胞和纤维状星形胶质细胞的基因表达模式不同。原生质星形胶质细胞相对均匀地分布在灰质内，而纤维状星形胶质细胞则沿着白质纤维束排列。研究结果还表明，原生质星形胶质细胞更早获得其身份。

作者称，在更早的时间点采样有助于确定一些细胞类型之间的关系。“这些星形胶质细胞在发育过程中如何产生，以及它们是否来自一个共同的祖先，仍然是未知的，”他们指出。

同时，研究人员还比较了运动神经元的多样化过程，发现小鼠和人类之间存在明显差异。“我们的分析表明，运动神经元转化成α和γ细胞的多样化过程发生在胎儿发育早期，而小鼠中的这种多样化是在胚胎发育的第17.5天（E17.5）描述的，”他们写道。

作者将这些结果与之前发表的跨越22周妊娠期的人类脊髓发育数据集进行整合，以验证他们的研究结果。“这个数据集代表了探索人类脊髓生物学的全面资源，”他们写道。

在另一项研究中，瑞典卡罗林斯卡医学院和斯德哥尔摩大学等机构的研究人员对16个产前人类脊髓样本开展了单细胞RNA测序（scRNA-seq）、空间转录组学（ST）和基于杂交的原位测序（HybISS）分析，这些样本处于第5至12孕周。

利用这些数据，研究人员创建了发育中的人类脊髓中所有细胞类型和状态的综合图谱，揭示了它们的位置和特异性基因表达。他们认为，这一发现有助于开发脊髓疾病和儿科肿瘤的新疗法。

研究人员还发现了小鼠和人类脊髓发育之间的显著差异。之前的小鼠研究显示，神经祖细胞（NPC）在胎儿发育期间高度增殖，但他们发现许多人类NPC甚至在早期胚胎阶段都没有增殖。

“人类的神经祖细胞在孕早期（前三个月）就失去了增殖能力，比啮齿类动物要早得多，”他们补充说，这种活性祖细胞在胎儿发育后的丢失限制了哺乳动物成年脊髓的再生，比如脊髓损伤后。

研究人员还发现了小鼠和人类脊髓发育的其他差异。例如，啮齿类动物的星形胶质细胞在发育过程中会水平迁移到未来的白质区域，而人类星形胶质细胞被限制在脊髓背侧区域。

他们还指出，许多调控子（受同一调控元件调控的一组基因）只存在于人类而非小鼠脊髓中，这表明两个物种之间的神经发育受到不同的调控。

接着，研究人员还利用人类脊髓发育的图谱来研究儿童期脊髓室管膜瘤的基因表达，这是一种复发率很高的癌症类型，也许是由耐药性的小儿脊髓癌症干细胞（CSC）的增殖引起的。他们研究了癌症干细胞与正常干细胞之间的基因表达差异，发现了诊断和治疗室管膜瘤的潜在靶点。

“我们的数据库不仅可作为一种细胞发育图谱资源，还可以为人类神经发育障碍的研究以及再生策略和癌症治疗提供重要信息，”作者在文中写道。

原文检索

Andersen, J., Thom, N., Shadrach, J.L. et al. Single-cell transcriptomic landscape of the developing human spinal cord. Nat Neurosci (2023). https://doi.org/10.1038/s41593-023-01311-w

Li, X., Andrusivova, Z., Czarnewski, P. et al. Profiling spatiotemporal gene expression of the developing human spinal cord and implications for ependymoma origin. Nat Neurosci (2023). https://doi.org/10.1038/s41593-023-01312-9