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导读：近期，国内多位学者联合发表成果。 绘制了人脑前额叶胚胎发育的单细胞转录组图谱，揭示了神经元生成和回路形成的分子调控机制，并对关键细胞类型进行了系统的功能研究，以绘制最终和完整的人类脑细胞图谱奠定了重要基础。 赛野编辑为您推荐《：揭示神经元分化成熟机制》，详细内容如下：
大脑是人体最复杂的器官，其复杂程度远远超出了我们目前的理解。 其中，人脑前额叶皮层是人脑高级功能的关键组成部分大脑发育三个关键期，参与记忆形成、短期存储和检索功能、语言功能、情绪调节等。 要了解人脑如何工作，一个重要的基础是详细而准确的人脑“细胞类型图”。 到目前为止，我们对脑科学的关键问题知之甚少，例如哪些细胞构成了人脑的前额叶皮层，以及这些细胞在胚胎发育过程中是如何产生的。
2018年3月14日，北京大学北京基因诊断高精尖创新中心、生命科学学院生物动力光学成像中心唐福筹课题组与中国科学院生物物理研究所王晓群课题组携手乔杰实验室课题组与首都医科大学附属安贞医院张军课题组联合在国际知名学术期刊《》在线发表题为“-cell RNA-Seq a of the human”的文章。 该研究利用单细胞转录组测序绘制了人脑前额叶胚胎发育的单细胞转录组图谱，分析了人胚胎脑前额叶发育过程中细胞类型的多样性以及不同细胞类型之间的发育关系。 揭示了神经元生成和回路形成的分子调控机制，对关键细胞类型进行了系统研究，为绘制最终完整的人脑细胞图谱奠定了重要基础。
人脑前额叶细胞发育图
这项研究发现，在人类胚胎动态发育的前额皮质中，主要存在神经干细胞、兴奋性神经元、抑制性神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞和小胶质细胞等六种主要神经元。 细胞的组成。 这六种细胞又可以进一步分为35个独立的细胞亚型求医网报道，每个亚型都有自己的关键基因表达特征和重要的生物学意义，为未来对这些细胞类型的后续研究提供高精度和公正的分子图谱。 该研究利用准时间等算法重建了这些神经细胞类型之间的发育谱系关系，发现前额皮质中的神经干细胞是一个高度复杂和异质的功能细胞群，它们在胚胎发育的不同阶段发育。 分别分化为神经元、星形胶质细胞和少突胶质细胞。 通过更深入的功能分析，研究人员发现了与神经干细胞对称分裂、神经发生和胶质细胞三个重要神经发育事件密切相关的一系列关键基因表达特征，并进行了深入、系统的实验验证。
在人类神经干细胞的研究中，虽然近年来主要研究集中在RG细胞或oRG细胞上，但中间前体细胞IPC也在神经发生中发挥着重要作用，尤其是在灵长类动物中。 通过系统的数据分析和多层次的实验验证，研究人员提出IPC的生产有两个关键爆发期，一个是胚胎发育10周左右，这些IPC主要由RG大量生产，另一个高峰出现在胚胎中，在发育大约 16 周时，oRG 大量产生这些 IPC。 正是通过这两次IPC的形成，大脑皮层发育的短时间内能够迅速产生大量的神经元，形成结构复杂、功能丰富的前额叶皮层。
许多神经元在前额皮质中发挥着特别关键的作用。 过去，我们只知道大多数新生神经元在人类胎儿出生之前就已经开始分化和迁移，但对于这些关键神经元的神经发育事件的确切时间却知之甚少。 通过对神经元单细胞转录组数据的系统分析和深入挖掘，研究人员首次揭示了人脑前额皮质发育过程中兴奋性神经元生成、迁移和成熟的三个关键阶段：（1） 8-12周神经干细胞大量增殖； (2)13-16周神经干细胞分化并出现大量新生神经元并伴有新生神经元的迁移； (3)19-26周，神经元开始逐渐成熟，表达关键功能蛋白并初步形成功能性神经网络阶段。 神经元细胞形成功能性神经网络的过程是大脑发育的一个非常重要的阶段。 王晓群课题组利用电生理等手段对人类围产期26周的前额叶皮层进行了深入的功能研究，发现额叶皮层的许多神经元已经具备了正常发射钠电流和钾电流的能力，大脑深部区域的神经元具有发射EPSC和IPSC的能力。
人类前额皮质细胞生成、分化和功能的发育时序
此外，该研究还探讨了大脑发育领域存在分歧的问题。 例如，抑制性神经元是否可以在皮质中原位生成的问题过去一直存在争议。 一种观点认为，皮质中的抑制性神经元仅起源于位于大脑腹侧部分的神经节隆起区，然后迁移到皮质； 另一种观点认为，少量的抑制性神经元可能是在皮质本身中原位产生的。 为了解开这个谜团，研究人员通过单细胞转录组测序和免疫染色等技术发现，早期前额皮质中已经存在少量抑制性神经元的前体细胞，但这部分前体细胞大部分是处于细胞周期的静止期，可能暂时不具有分裂产生神经元的活性。 同时，转录组数据分析还表明，前额皮质中兴奋性神经元比抑制性神经元成熟得早。
前额皮质的细胞组成是其形成神经网络和复杂丰富功能的生物学基础。 该研究利用高精度单细胞转录组测序，结合系统生物信息学分析和深度数据挖掘，对人类额叶皮层进行分析。 对脑叶皮层发育的细胞和分子机制进行了深入、准确的探索和分析，为后续研究前额叶皮层如何参与“思维和思维形成”的关键问题提供了高精度的细胞图谱。 发展研究史上的重要突破和重大进展。
生物科学院第十五届研究生张舒、博士后范晓英、中科院生物物理研究所第十四届博士生钟穗娟、副研究员吴前、严博士北京大学第三医院李英为本文的共同第一作者。 王晓群教授、乔杰教授、唐福筹教授和张军教授为共同通讯作者。 该工作得到了国家自然科学基金委、科技部、未来基因诊断高精尖创新中心的支持。
