大脑产生多种神经元

大脑中谷氨酸能兴奋性神经元与γ-氨基丁酸能（GABAergic）抑制性神经元之间恰如其分的微妙平衡是大脑正确发挥功能的关键。抑制性中间神经元的缺陷会导致神经发育以及包括抑郁症、癫痫以及精神分裂症等精神类疾病的发生【1】。GABAergic皮层中间神经元主要产生于胚胎腹侧前脑的生发区，包括内侧和尾部神经节隆起（Medial and caudal ganglionic eminences, MGEand CGE），神经节隆起中发生着广泛的神经元迁移，到达皮层以及其他的前脑区域【2】。在完成迁移后，神经元成熟成为不同的亚型， 这是正常大脑皮层节律和认知功能的基础。但是目前尚不清楚人类MGE如何能够产生足够数量的中间神经元从而满足大脑皮层的需求。

为了进一步揭开大脑发挥功能的神秘面纱，加州大学旧金山分校Eric J. Huang研究组与Arturo Alvarez-Buylla研究组在Science合作发文题为Nests of dividing neuroblasts sustain interneuron production for the developing human brain，通过对人类大脑内侧神经节隆起部位超微结构以及转录特征的揭示，发现其中包含具有增殖能力的神经干细胞（Neuroblasts），并通过异种移植实验确认了这些的神经干细胞迁移、发育以及分化的功能。

首先作者们对妊娠期14周到39周内人类MGE结构进行分析（图1），可以发现在14周到22周的发育过程中人类MGE的尺寸逐渐增加，但是到34周至39周这段时间会MGE的尺寸会降低，但仍然可以看到是一个楔形的、靠近室壁的结构。通过横切面细胞标记物的表达模式以及核磁共振成像，作者们确认18-22周龄的人类大脑体积逐渐增加，而在33周时体积降低。随后，作者们通过对中间神经元特异性分化以及迁移的转录因子细胞标记物检测，进一步确认了其中MGE在发育过程中会逐渐组装形成一个紧实的细胞聚集体或者说巢式结构（Tight cellular aggregates, or nests）。进一步地，通过对这些细胞类型分析，作者们确认该区域内中间神经元亚型标记物阳性的细胞都是早期GABAergic中间神经元。

随后作者们通过透射电镜对人类MGE脑区的超微结构进行分析，发现该巢式结构中被一束一束的放射状胶质细胞所分开，该区域中所有的细胞具有较小的细胞核以及颜色较深的核质、存在异染色质斑块、胞质很少且具有游离的核糖体以及小的粘着斑连接，这些都是较为年轻神经元中的特征。通过对MGE脑区中前体细胞组织方式的检测，发现与其他脑区基因表达方式不同，这可能正是MGE脑区紧密的巢式结构形成的原因。通过与 Ki-67这一表达在分裂细胞中的蛋白共同免疫染色，作者们确认了该区域中存在分裂的细胞，这些细胞是人类MGE脑区中的神经干细胞。

为了证实人类MGE脑区中的神经干细胞的功能，作者们进行了异种移植（Xenotransplantation）的实验【3-4】。通过将14-16周龄人类MGE脑区样本中的细胞进行分离并移植到动物体内，并对其功能进行监测（图2）。作者们发现首先移植后的人类MGE脑区细胞能够维持其区域特异性身份，特异性的细胞标记物免疫染色可以确认这一结果。另外，作者们发现这些移植到小鼠脑部的细胞可以进行分裂以及迁移，能够模拟人类MGE脑区中细胞自组装的方式以及形成致密的巢式结构。另外，通过电生理等实验对移植后的MGE脑区细胞生理功能进行监测，确认了这些这件神经元功能的正常。

总的来说，该工作揭开了人类内侧神经节隆起中结构中具有分裂能力的神经干细胞的存在，并发现在早期发育过程中内侧神经节隆的超微结构以及转录方面的特异性，人类大脑MGE脑区通过形成致密的巢式结构促进功能的进一步完善，为揭开大脑的功能提供了新的见解（图3）。另外，体外异种移植的实验也为临床治疗以及发育过程中人类大脑GABAergic皮层中间神经元提供了新的研究平台与来源。

同期刊发了观点文章对该工作进行了高度评价，题为Human cortical interneuron development unraveled，用临床前的模型开启了对与神经元多样性的认识。在小鼠中的异种移植实验还需要进一步的优化，但临床前的实验已经开始，未来中间神经元的细胞疗法可将会为人类体内的大脑皮层的中间神经元移植治疗手段的优化铺平道路。

原文链接：

https://doi.org/10.1126/science.abk2346

参考文献

1. O. Marín, Interneuron dysfunction in psychiatric disorders. Nat. Rev. Neurosci. 13, 107–120 (2012). doi: 10.1038/nrn3155; pmid: 22251963

2. C. P. Wonders, S. A. Anderson, The origin and specification of cortical interneurons. Nat. Rev. Neurosci. 7, 687–696 (2006). doi: 10.1038/nrn1954; pmid: 16883309

3. H. Wichterle, J. M. Garcia-Verdugo, D. G. Herrera, A. Alvarez-Buylla, Young neurons from medial ganglionic eminence disperse in adult and embryonic brain.Nat. Neurosci. 2, 461–466 (1999). doi: 10.1038/8131; pmid: 10321251

4. D. G. Southwell et al., Interneurons from embryonic development to cell-based therapy. Science344, 1240622 (2014). doi: 10.1126/science.1240622; pmid: 24723614