探秘上丘神经元：转基因小鼠模型助力解锁细胞类型密码

《iScience》：Accessing genetically defined cell types in the superior colliculus with transgenic mouse lines

为研究上丘（SC）神经元亚型功能，研究人员鉴定 10 种转基因小鼠品系，为相关研究提供重要资源。

　　# 探秘上丘神经元：转基因小鼠模型助力解锁细胞类型密码
大脑，这一神秘的 “宇宙” 中，神经元如同繁星般多样而复杂。上丘（Superior Colliculus，SC）作为中脑的关键结构，在感觉运动转换中扮演着举足轻重的角色，就像一个精密的 “信号转换器”，整合着各种感觉信息，协调身体做出精准的运动反应。过往研究通过形态学特征，将 SC 浅层（sSC）神经元分为宽场垂直（WFV）、窄场垂直（NFV）等不同类型，并且借助一些偶然发现的转基因小鼠品系，初步揭示了这些细胞类型在视觉处理和行为引导中的作用。

然而，随着研究的深入，科学家们发现，传统认知下的神经元类型远远不能涵盖 SC 的复杂性。单细胞转录组学技术的出现，如同给科学家们配备了一台 “超级显微镜”，让他们得以窥见更丰富的神经元亚型。研究人员通过单细胞核 RNA 测序（snRNA-seq），将 sSC 神经元细分为 28 个转录组簇，包括 10 个兴奋性和 18 个抑制性簇，这一发现为深入探究 SC 的组织、功能和发育带来了新的契机，但也提出了新的挑战 —— 如何精准地靶向这些转录组定义的神经元类型进行研究呢？

为了解开这一谜团，美国弗吉尼亚大学（University of Virginia）的研究人员 Chen Chen、Yuanming Liu 和 Jianhua Cang 等人开展了一项重要研究，相关成果发表在《iScience》杂志上。这项研究旨在评估一系列转基因小鼠品系，确定它们是否能够特异性地标记 sSC 中的特定神经元类型，为后续深入研究这些神经元的功能奠定基础。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。其中，单细胞核 RNA 测序（snRNA-seq）技术被用于分析特定小鼠品系中 Cre 表达细胞的分子特征，全面获取基因表达信息；RNA 荧光原位杂交（RNA fluorescence in situ hybridization，RNA FISH）技术则用于检测特定基因的表达，直观地观察基因在细胞中的表达位置和情况。研究中使用的小鼠品系来源广泛，为实验提供了丰富的样本资源。

研究人员首先对 Ntsr1-GN209-Cre 和 Grp-KH288-Cre 小鼠进行了深入研究。Ntsr1-GN209-Cre 小鼠常用于标记 sSC 中的 WFV 细胞，研究人员通过 snRNA-seq 分析发现，其 Cre 表达细胞主要映射到参考图谱中的 n02 和 n05 簇，进一步验证实验表明，该品系在标记 n02 簇细胞时具有较高的特异性和敏感性，在浅层上丘（SO）能高效标记表达 Npnt 的细胞，在深层上丘（dSC）则标记表达 Tcf7l2 的细胞。Grp-KH288-Cre 小鼠用于研究 NFV 细胞，研究发现其 Cre 表达细胞与 n09 簇相关，几乎所有 Cre 表达细胞都表达 Grp，不过该品系在标记时，SO 和 dSC 存在少量非特异性表达。

接着，研究人员对其他几种用于标记兴奋性神经元的小鼠品系进行了探究。Cart-IRES2-Cre-D 小鼠，本应用于标记 n04 簇细胞，但其在 sSC 中几乎没有 tdTomato 表达细胞，只有大量视网膜轴突，无法有效标记特定神经元类型。Slc1a3-CreER 小鼠用于标记 n10 簇，然而其 tdTomato 表达细胞形态异常，且 Slc1a3 在多种细胞中均有表达，并非有效的神经元标记基因。Vip-IRES-Cre 小鼠用于标记 n11 簇，在 SC 中特异性和敏感性较低，但研究发现其 Cre 表达细胞在 SC 表面与 Cdh7 有较高共表达，为后续研究提供了有趣的线索。常用的 vGluT2-IRES-Cre 小鼠，虽然理论上可标记所有兴奋性 sSC 神经元，但实际操作中，其与 Ai9 杂交后难以清晰识别细胞体，特异性高但敏感性低，并非理想的标记方式。

在研究抑制性神经元亚型时，研究人员对 vGAT-IRES-Cre、Cbln4-SN7-Cre 和 Cbln4-IRES-mVenus-IRES-tdTomato 小鼠进行了研究。vGAT-IRES-Cre 小鼠能特异性标记 vGAT 表达细胞，在 sSC 中表现出较高的特异性和敏感性。Cbln4-SN7-Cre 小鼠由 GENSAT 项目构建，实验发现其 Cre 表达与 Cbln4 表达不相关，无法用于标记 Cbln4 阳性细胞。Cbln4-IRES-mVenus-IRES-tdTomato 小鼠能特异性标记 Cbln4 表达细胞，但其 mVenus 表达较弱，需要抗体放大，适用于不需要体内直接观察细胞的实验。

综合来看，这项研究意义重大。一方面，研究结果支持了形态学和转录组学定义的神经元类型之间存在相关性，为理解神经元的多样性和功能提供了新的视角。例如，Ntsr1-GN209-Cre 和 Grp-KH288-Cre 等品系的研究，表明了通过形态学筛选的转基因小鼠确实能够靶向特定的转录组神经元类型。另一方面，研究鉴定出了一些对研究 SC 神经元类型有用的小鼠品系，如 vGAT-IRES-Cre 和 Cbln4-IRES-mVenus-IRES-tdTomato 小鼠，为后续深入研究 SC 神经元功能提供了有力工具。同时，研究也揭示了部分小鼠品系在 SC 中存在的问题，如低 Cre 效率或表达问题，为后续改进小鼠模型、优化研究方法提供了方向。

然而，研究也存在一定的局限性。由于标记基因在特定簇中的表达并非绝对独特，仅通过标记基因阳性判断细胞属于某一簇可能存在误差，未来需要结合更多方法进行精确鉴定。此外，研究中使用的评估小鼠品系的方法可能存在偏差，如使用 Ai9 小鼠报告 Cre 表达时，tdTomato 荧光检测可能低估 Cre 表达细胞数量，且强背景会影响判断。因此，在后续研究中，需要选择更合适的方法来准确评估小鼠品系。

总的来说，这项研究在探索 SC 神经元类型的征程中迈出了重要一步，为该领域的后续研究提供了宝贵的资源和经验，有望推动对大脑感觉运动转换机制的深入理解。