干细胞突破培育出人类后脑运动神经元

研究人员发现早期大脑发育过程中存在一个此前被忽视的分化路径后，利用干细胞培育出了具有功能的人类后脑运动神经元。这一进展可能为科学家研究参与吞咽、面部运动和呼吸的神经细胞提供一种方法，而这些功能会在脊髓性肌萎缩症和肌萎缩侧索硬化症患者身上逐步丧失。

据《SciTechDaily》报道，由斯坦福医学院牵头的团队追踪了这些细胞的来源，发现它们走的是一条独特的胚胎发育路径，而不是将注定形成大脑其他部位的祖细胞转化而来。研究结果于2026年9月18日发表在《自然·神经科学》上。

实验室培育的神经元能够产生动作电位，即神经细胞用于相互传递信息的电脉冲。它们还产生了与控制面部和咽喉肌肉的后脑区域相关的蛋白质，这表明这些细胞已经获得了其天然对应细胞的关键特征。

通往后脑的独立路径

研究人员从人类多能干细胞入手。这类细胞能够发育成许多不同类型的细胞。为确定如何引导它们发育成后脑细胞，研究生研究人员Rayyan Jokhai和Carolyn Dundes考察了原肠胚形成这一胚胎发育早期阶段；在这一阶段，身体的基本结构开始形成。

在现代发育生物学的大部分历史中，科学家都认为，前脑、中脑和后脑源自同一个共同的前体细胞群。斯坦福团队的研究对这一模型提出了挑战。在发育中的小鼠胚胎中，团队发现了两个互不重叠的细胞群。

携带Otx2基因的细胞发育成前脑和中脑。另一个由Gbx2标记的细胞群则发育成后脑。在所研究的最早阶段，这两个细胞群就已经彼此分开；形成后脑的细胞与生成大脑前部的细胞并行发育，而不是由后者发育而来。

这种差异在染色质中也清晰可见。染色质是控制哪些DNA片段能够被使用的分子包装结构。形成前脑和中脑的胚胎组织，其染色质排列方式不同于形成后脑的组织。这一区别有助于解释此前培育后脑神经元的尝试为何未能成功：那些尝试从已经确定了另一种发育命运的前体细胞开始。

沿着与Gbx2相关的路径，团队得以在实验室生成目标人类神经元。获得这类细胞十分重要，因为无法从活体患者身上采集脑干组织，研究人员因此缺少观察疾病如何损害这些脆弱神经元的手段。

与SMA和ALS的相关性

SMA是婴儿出生后第一年内死亡的主要遗传性原因之一。ALS更常在40至70岁之间被诊断，并可能损害后脑和前脑中的运动神经元。尽管两种疾病有所不同，但它们都可能逐步破坏协调吞咽和呼吸的后脑细胞。

当吞咽功能失常时，食物或液体可能进入肺部并导致肺炎。随着疾病进展，患者还可能失去自主呼吸的能力。人类细胞模型可以让研究人员观察受影响神经元最早出现的变化，测试潜在治疗方法，并研究受损细胞能否被替换或修复。

研究人员计划精确研究SMA和ALS如何损害后脑运动神经元。他们还打算研究脊髓的发育起源。这项工作可能具有超出运动神经元疾病的意义，因为后脑有助于调节饥饿感，其中还含有司美格鲁肽等减重药物作用的神经回路。

大脑深层历史的线索

这项发育学发现还引出了一个进化问题：如果大脑的前部和后部源自彼此分开的胚胎细胞群，那么它们是否可能代表后来结合在一起的古老神经系统？

团队在鸡、斑马鱼和柱头虫中发现了相同的双重起源模式，这些研究跨越了超过5.5亿年的进化历史。柱头虫是人类的远亲。水母的谱系大约在6亿至7亿年前与人类谱系分化，而它们的神经系统位于身体相互分离的两端。

研究人员认为，这些比较结果表明，现代大脑可能结合了两个更古老的神经系统；这两个系统最初独立进化，后来才整合到一起。由此形成的单一器官如今前部和后部协同运作，但仍保留着不同的发育基础。

这项研究得到了美国国立卫生研究院、美国国家科学基金会、加州再生医学研究所，以及包括脊髓性肌萎缩症基金会和霍华德·休斯医学研究所​​在内的多个学术、慈善和生物医学组织的支持。