Nature揭示神经干细胞分化新机制

　　

生物通报道  来自俄勒冈大学的研究人员在一项新研究中，通过探究果蝇的大脑揭示了一个新的干细胞机制，这可能有助于阐明人类神经元是如何形成的。相关研究论文在线发表在6月27日的《自然》（Nature）杂志上。

“我们所面对的问题是‘像神经干细胞这样的单一干细胞类型，是如何生成各种不同类型的神经元的？’”论文的共同作者、俄勒冈大学生物学教授Chris Doe说。

研究人员知道干细胞能够生成新细胞已有一段时间，而新研究则揭示了一组特异的干细胞生成祖细胞，随后产生许多细胞亚型的机制。

Doe说：“并非只是生成100个相同的神经元来扩大神经元群，这些祖细胞以一种特殊的方式和顺序生成了一大堆不同的神经元。不仅是增长了数量，还导致了更多的神经多样性。“

这项由霍华德休斯医学研究所和NIH国家儿童健康和人类发育研究所提供资金资助的新研究，是建立在Doe实验室2008年发表的一项研究基础上。那项研究确定了一组特异的干细胞能够生成神经祖细胞。这些所谓的中间神经祖细胞（intermediate neural progenitors ,INPs）被证实可以生成几十个新细胞。该研究对生成细胞的数量做出了解释，但却没有说明新细胞的多样性。

“尽管人们已经知道，个别神经干细胞或祖细胞能够随时间改变，生成不同类型的神经元和其他类型的神经系统细胞，然而过去却从未充分地描述过众多的神经干细胞谱系，包括几种不同的神经祖细胞类型的这种时序组合模式，”论文的主要作者、发育神经生物学博士生Omar Bayraktar说。

Bayraktar说，这项研究中的细胞类型可以在人类发育大脑中找到相对应的类似物，因而有潜力为力图了解神经元形成机制的人类生物学家所应用。

此外，来自纽约大学的研究人员也在同期的《Nature》杂志上发表了另一项关于神经多样性的研究。两篇研究论文共同提供了果蝇大脑中与广泛神经细胞生成有关的过程的一些新认识。

在俄勒冈大学研究小组的研究中，Bayraktar和Doe将焦点放在了果蝇中称作II型成神经细胞（neuroblast）的干细胞上，过去的研究证实这类细胞可以生成中间神经祖细胞，在新研究中研究人员证实中间神经祖细胞导致了更为复杂的细胞模式。这些中间神经祖细胞按顺序生成了不同的神经亚型。该研究通过揭示这一机制中的第二轴，阐明了额外的神经多样性的原因。并非如从前所认为的那样，一个干细胞生成了100个神经元，其有可能负责生成了400个或500个神经元。

研究发现，成神经细胞和中间神经祖细胞模式共同作用，提高了果蝇中央复合体（central complex）内的神经多样性，人类大脑皮质有可能利用了类似的机制来提高人类大脑中的神经多样性。这项研究有可能导致的长期影响就是，最终促使人类找到针对特定疾病和障碍的准确干细胞治疗。

“如果人类生物学家了解了不同类型神经元的生成机制，如果我们能够告诉他们‘这就是X、Y和Z神经元生成的信号通路，’那么他们或许能够重编程并重新引导这些干细胞来精确地生成这些神经元，”Doe说。

论文中描述的这一机制有它的极限。最终生成新细胞的过程会终止。Doe下一个要解答的问题将是，什么导致了这一机制被关闭？

俄勒冈大学研究生院院长Kimberly Andrews Espy说：“这项重要的研究无疑将会吸引人类生物学家的关注。俄勒冈大学的研究人员将继续进一步地了解促进发育的过程，以改善全世界人民的健康和福祉。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Combinatorial temporal patterning in progenitors expands neural diversity

Human outer subventricular zone (OSVZ) neural progenitors and Drosophila type II neuroblasts both generate intermediate neural progenitors (INPs) that populate the adult cerebral cortex or central complex, respectively. It is unknown whether INPs simply expand or also diversify neural cell types. Here we show that Drosophila INPs sequentially generate distinct neural subtypes, that INPs sequentially express Dichaete, Grainy head and Eyeless transcription factors, and that these transcription factors are required for the production of distinct neural subtypes. Moreover, parental type II neuroblasts also sequentially express transcription factors and generate different neuronal/glial progeny over time, providing a second temporal identity axis. We conclude that neuroblast and INP temporal patterning axes act together to generate increased neural diversity within the adult central complex; OSVZ progenitors may use similar mechanisms to increase neural diversity in the human brain.