汤富酬/乔杰合作揭示人类大脑皮层中胶质发生初期前体细胞的重要生物学特征
人类大脑皮层发育过程中，放射状胶质细胞作为干细胞渐次地分化出神经元、少突胶质细胞和星形胶质细胞。因此，在胶质发生初期的皮层中就已存在大量的神经元细胞，而胶质前体细胞，尤其是星形胶质前体细胞的特异性分子标记基因十分匮乏，这些因素在很大程度上限制了人们对神经胶质细胞分化发生过程的认识。
北京时间2021年3月3日，北京大学生命科学学院汤富酬教授和北京大学第三医院乔杰教授合作在Cell Reports发表论文——“Heterogeneity of glial progenitor cells during the neurogenesis-to-gliogenesis switch in the developing human cerebral cortex”。
该研究着眼于人类神经胶质细胞发生初期这个关键的发育节点，通过分选人类发育期皮层额叶中的EGFR阳性细胞，成功富集了多个谱系的前体细胞，并对其中的多群神经胶质细胞的分子、形态以及空间分布特征进行了系统的阐述，为今后神经胶质细胞发育和疾病的研究提供了珍贵的数据资源（图 1）。
图1 EGFR阳性细胞群包含发育皮层中多个谱系的前体细胞（示意）
该研究首先针对多个发育时间点的固定脑片进行了EGFR的免疫染色。结果显示，EGFR阳性细胞在人类妊娠20周之后的大脑皮层中显著增加 (图2)，而这个时间点恰好是胶质细胞的发生初期。并且，此时的EGFR阳性细胞群体主要分布在皮层的增殖腔，具有简单的细胞形态，大多同时表达了神经干细胞的标记基因SOX2。这些特征提示EGFR阳性细胞群体的前体细胞身份。此外，EGFR阳性细胞还能与PDGFRA、AQP4等神经胶质细胞的标志基因频繁地共定位，暗示该群体可能包含了多种类型和状态的胶质细胞。
图2 EGFR阳性细胞在人类发育皮层中的时空分布特征
因此，研究人员随即分选了人类妊娠21至26周皮层额叶中的EGFR阳性细胞，并对其进行了高精度的单细胞转录组测序。聚类分析结果显示，数据集中包含了12群来自多个谱系的、分子特征各异的细胞亚群。
通过与多个生物学相关数据集的深入比较 (Fan et al., 2018; Nowakowski et al., 2017)，研究还发现，EGFR分选数据集的确显著富集了该发育时期皮层中的多种前体细胞，尤其是胶质前体细胞 (图3)。结合免疫荧光染色，他们还对主要的细胞亚群逐一进行了确认。
图3 EGFR分选数据集显著富集胶质前体细胞
十分有趣的是，研究人员发现了一群既表达高水平星形胶质细胞分子特征、同时又表达较低水平少突胶质细胞分子特征的亚群，OAPC。针对OAPC亚群的一系列生信分析结果都显示它与星形胶质细胞更加相似。
结合免疫染色，该研究还发现OAPC与另一群高表达星形胶质细胞特征的APC1亚群中的细胞都主要分布在外侧室管膜下区 (OSVZ)，具有简单细胞形态的同时仍具有增殖潜力，提示它们可能起源于oRG细胞。
北京大学未来基因诊断高精尖创新中心、生物医学前沿创新中心、生命科学学院汤富酬教授和北京大学第三医院乔杰教授为本文的共同通讯作者，清华-北大生命科学联合中心博士生傅元元，杨铭，于红敏，北京大学生命科学学院博士生王艺橙，河北农业大学副教授吴兴龙博士为本文共同第一作者。
该研究得到了国家自然科学基金委、北京市科技委和北京大学未来基因诊断高精尖创新中心的支持。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.108788
参考文献
Fan, X.Y., Dong, J., Zhong, S.J., Wei, Y., Wu, Q., Yan, L.Y., Yong, J., Sun, L., Wang, X.Y., Zhao, Y.Y., et al. (2018). Spatial transcriptomic survey of human embryonic cerebral cortex by single-cell RNA-seq analysis. Cell Research 28, 730-745.
Nowakowski, T.J., Bhaduri, A., Pollen, A.A., Alvarado, B., Mostajo-Radji, M.A., Di Lullo, E., Haeussler, M., Sandoval-Espinosa, C., Liu, S.J., Velmeshev, D., et al. (2017). Spatiotemporal gene expression trajectories reveal developmental hierarchies of the human cortex. Science 358, 1318-1323.
编辑 | 余 荷
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