戴建武研究组揭示脊髓损伤后室管膜细胞和星形胶质细胞的谱系命运可塑性

　　

在哺乳动物脊髓发育进程中，干细胞通过增殖、迁移与分化，孕育出多样的神经细胞，进而构建起复杂精密的神经环路。但成年后，脊髓神经干细胞特性减弱，难以在脊髓损伤后重现发育过程，导致恢复难度大，常使患者终身残疾。长期以来，成年灵长类动物脊髓中是否存有神经干细胞仍然是领域内长久争论的问题，特别是成体脊髓室管膜细胞是否具备干细胞特性仍无定论。

中国科学院遗传与发育生物学研究所戴建武团队长期致力于脊髓损伤修复研究，建立了人脊髓发育单细胞转录组数据库和恒河猴脊髓损伤模型单细胞转录组数据库，为系统解析灵长类脊髓不同细胞的特性奠定了坚实基础。通过整合发育与损伤单细胞转录组数据，团队对灵长类和啮齿类进行跨物种联合分析，重点阐述了室管膜细胞和星形胶质细胞随发育和损伤的动态变化，并通过遗传谱系示踪技术对脊髓损伤后这些细胞的命运进行研究，为脊髓损伤机制及再生修复提供了全新视角。

团队深入解析了灵长类脊髓中室管膜细胞和星形胶质细胞在发育过程中及损伤后的生物学特性及功能变化，研究发现，室管膜细胞在灵长类脊髓发育过程中会逐步成熟，同时其神经前体细胞特性也会逐渐丧失，仅保留有限的增殖能力。在损伤后，室管膜细胞的激活水平较低，未观察到明显的增殖或跨谱系分化潜能。而且灵长类室管膜细胞在损伤后的反应性明显低于啮齿类动物，这意味着灵长类室管膜细胞的可塑性受到更大限制。相比之下，研究发现星形胶质细胞在脊髓损伤后表现出显著的激活能力。同时，单细胞数据和谱系示踪结果显示，部分星形胶质亚群细胞能够在损伤刺激下上调SOX10表达，转分化为少突胶质细胞，并参与了再髓鞘化过程，提示星形胶质细胞可在损伤刺激下向少突胶质细胞谱系转变。此外，研究团队通过移植功能性材料来优化损伤微环境，提高了星形胶质细胞向少突胶质细胞转分化的效率。这表明材料移植不仅改善了损伤区域的抑制性微环境，还为促进髓鞘再生创造了条件。

本研究全面系统地揭示了灵长类脊髓室管膜细胞和星形胶质细胞在发育及损伤修复过程中的动态变化，明确了不同类型细胞在谱系命运方面的显著差异。并为理解灵长类脊髓损伤修复的分子和细胞机制提供了重要依据，尤其是为解决室管膜细胞是否具有干细胞潜能这一领域内长期争论的问题给出了答案，也为脊髓损伤的再生治疗提供了新的方向。此外，本研究凸显了发育数据在理解灵长类脊髓损伤修复机制中的关键参考价值。

该研究结果近期以“Characterizing Progenitor Cells in Development and Injured Spinal Cord: Insights from Single-Nucleus Transcriptomics and Lineage Tracing”为题发表于PNAS杂志。文章第一作者为中国科学院遗传与发育生物学研究所助理研究员张琪，共同第一作者为吴宪明和范永恒，通讯作者为戴建武、赵燕南、肖志峰。遗传发育所已毕业的张海鹏博士也有重要贡献，工作同时得到南京鼓楼医院胡娅莉教授和南方医科大学珠江医院陈仲教授的大力支持。该项目得到了国家自然基金委重点项目、科技部重点研发等项目资助。

图：体外与体内实验证明鞭毛类室管膜细胞缺乏增殖和转分化的能力