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本文聚焦神经板边缘（NPB）细胞，探讨其究竟是多能祖细胞还是混合身份细胞。通过回顾过往研究，结合最新单细胞分析，深入剖析 NPB 细胞命运决定机制，为研究细胞分化及相关领域提供关键信息，极具学术价值。
引言
神经嵴细胞和感觉基板是脊椎动物特有的胚胎细胞群。神经嵴细胞起源于背神经管，遍布全身；感觉基板源自非神经表面外胚层，主要存在于头部。它们共同构成外周神经系统，在发育过程中，二者都起源于神经板边缘，这里还混杂着中枢神经系统（CNS）和表皮的祖细胞。
神经板边缘的细胞如何分化成多种细胞类型，一直是众多研究的焦点。近年来，神经板边缘备受关注，因其细胞可发育成整个神经系统，是研究细胞命运决定的理想系统，还可能是多能祖细胞的潜在来源。鸟类胚胎在相关研究中贡献突出，其便于实验操作，发育速度适宜，解剖结构与人类胚胎相似，且成本较低，随着新技术的应用，成为探索相关问题的首选模型。
此前关于神经板边缘细胞命运分离的信号和转录因子网络已有诸多综述，但多基于细胞群体分析。近期利用鸡和爪蟾进行的单细胞研究，为神经板边缘基因表达提供了更详细的信息，并在单细胞水平提出了不同的命运决定模型。
神经板边缘的细胞组成及命运
神经板边缘包含 CNS、神经嵴细胞和颅感觉基板的前体。神经板是 CNS 的原基，在胚胎外胚层中诱导形成，鸡胚胎中，神经板在头部突起阶段（HH5）形态上开始明显区分。随着发育，神经褶隆起，神经板内陷形成神经管，进而发育成整个 CNS 。神经嵴细胞起源于神经褶，HH9 开始从神经褶分层并迁移到全身各处，分化为多种细胞类型。感觉基板祖细胞主要位于神经板外的外胚层，局限于头部，先形成感觉基板，再发育成内耳、晶状体、嗅上皮等多种结构 。
通过对鸟类胚胎的研究绘制了命运图谱。早期原条阶段（HH2），神经前体广泛分布，神经板边缘区域难以界定。到 HH3/4，神经嵴和基板前体广泛分布，与未来神经和表皮细胞重叠。之后，随着细胞向中线汇聚，神经嵴和基板细胞逐渐局限于神经板周围的新月形区域，与 CNS 和表皮前体混合。虽然不同阶段细胞命运逐渐明确，但即使在较晚阶段，相邻细胞仍可能产生不同身份的细胞。对单个细胞的追踪研究发现，神经板边缘的单个细胞在较晚阶段仍能分化为多种组织类型，表明其具有多能性。
神经板边缘细胞的基因表达特征
神经板建立时，神经标记基因如 Sox2 和 Sox21 在胚胎外胚层中心表达，与前神经标记基因和未来神经嵴标记基因重叠。外侧外胚层则表达非神经因子。这些转录本的表达域在神经板边缘重叠。在原条阶段，前神经、神经和非神经基因在胚胎外胚层广泛重叠，随着神经板边缘细胞汇聚，沿前后轴的分子分区开始出现。
随着发育到 HH7，基因表达域更加精细。许多基因曾被视为神经板边缘标记基因，但它们的表达模式存在差异，如 Msx 和 Pax 家族成员的表达并不涵盖整个神经板边缘，因此不应作为通用标记。此外，神经板边缘沿前后轴存在差异基因表达，不同区域表达不同基因组合，随着基板形态的形成，基因表达域进一步细化。这些都表明神经板边缘细胞在早期就是异质性群体。
神经板边缘细胞的命运决定实验
经典两栖类胚胎实验和鸟类胚胎实验表明，神经与非神经外胚层的相互作用对神经嵴细胞诱导至关重要，确定了神经板边缘是神经嵴细胞的起源地。
在鸡胚胎的研究中，原条阶段的鸡胚外胚层组织在中性条件下培养，只有神经板边缘细胞能产生神经嵴细胞。对基板祖细胞的研究发现，HH5/6 阶段不同位置的神经板边缘外胚层细胞在单独培养时表达基板祖细胞标记，但这些研究未涵盖神经板边缘的所有衍生物，其相对指定时间仍未知。不过，这些实验共同证明了神经板边缘细胞具有独特性质。
单细胞分析揭示的神经板边缘细胞特征
近期对鸡和爪蟾的单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）研究发现，神经板边缘细胞存在显著异质性，且存在 “命运特异性” 基因的共表达现象，这表明神经板边缘细胞处于 “未决定” 的转录状态，可能是多能祖细胞。
对鸡神经板边缘细胞不同发育阶段的转录谱分析显示，细胞多样性随时间增加，“命运特异性” 标记逐渐局限于特定细胞簇。在早期体节阶段（ss4 - 8）可清晰识别多种细胞状态，但在 HH4 - 6，单个外胚层细胞的转录特征不明显。研究基因表达动态发现，“基板模块” 最早出现，这似乎支持二元决策树模型，但其他数据又显示出相反的细胞命运决定顺序。利用计算方法预测细胞状态转换，发现细胞命运决定是一个持续的过程。
爪蟾的单细胞分析表明，其神经嵴特异性细胞出现时间早于鸡，且神经板边缘细胞存在异质性和 “干细胞样” 细胞群体，提出 “双汇聚” 模型，与鸡的相关研究结果相互印证，都表明细胞命运决定是一个长期过程，细胞根据位置面临不同选择。
神经板边缘细胞的异质性
传统观点认为神经板边缘细胞是等同的，但单细胞水平的基因表达分析表明并非如此。神经板边缘细胞异质性体现在多个方面：并非所有细胞共表达相同基因模块；沿前后轴不同位置的细胞面临不同命运选择；同一轴向水平的细胞也存在异质性。
对神经板边缘细胞转录因子的研究发现，单个细胞可共表达不同转录因子组合，且其表达水平可能影响细胞最终命运。大规模转录谱分析也显示，早期不同细胞类型的基因模块广泛共表达，这表明神经板边缘细胞在转录上是 “未决定” 的，具有产生多种外胚层衍生物的潜力，部分细胞可能保留多能性。
神经板边缘细胞的多能性及命运决定机制
现有证据表明神经板边缘细胞是多能的 “不稳定” 祖细胞，可共表达不同细胞类型的基因模块，这种状态至少持续到 4ss。
细胞命运决定可能是每个祖细胞随时可产生所有可能命运，也可能是连续的二元选择。计算模型和细胞伪时间排序预测细胞主要面临二元选择，但这些决定是一个长期过程，涉及基因表达的逐渐变化。转录因子之间的交叉抑制作用在细胞命运决定中起关键作用，如 Sox2 和 Pax7、Six1 和 Eya2 之间的相互作用，但这些相互作用的直接性以及细胞如何在共表达转录因子时确定命运仍有待研究。
结论
尽管对神经板边缘细胞命运决定的研究已取得诸多进展，但仍有许多问题未解决。单细胞分析为神经板边缘细胞研究提供了深入见解，表明其转录特征具有异质性，细胞命运决定是一个复杂的、持续的过程。未来需要进一步实验研究，尤其是单细胞谱系追踪，以明确细胞命运决定的时间和地点，深入了解控制细胞命运决定的基因调控网络。
