相比于其他哺乳動物，靈長類的新皮層更大且複雜，而且不同的皮質區域有着迥然不同的細胞組成、神經連接和環路，這可能是靈長類、尤其是人類産生更高級的智能和複雜社會行為的關鍵所在。

2023年10月13日，88858cc永利官网李明鋒與耶魯大學醫學院Nicola Micali和馬少捷共同一作在Science上發表了題為Molecular programs of regional specification and neural stem cell fate progression in macaque telencephalon的研究論文。該研究選擇與人類親緣關系更近的猕猴作為研究對象，聚焦猕猴胚胎發育早期區域模式中心形成（patterning centers， 這裡簡稱PC）到神經發生和膠質細胞發生，總共10個關鍵發育時間節點（從E37天到E110天）。應用單細胞技術，作者解析了不同皮質區域超過76萬個細胞轉錄圖譜，包含前額葉、運動皮層、感覺皮層、颞葉、視覺皮層以及神經節隆起等等。通過深入整合分析，作者鑒定了端腦發育的多個PC，以及神經幹細胞、Cajal Retzius細胞，興奮性和抑制性神經元、膠質細胞等的發育軌迹，提供了一個十分詳盡的猕猴端腦發育和區域特化的細胞分子圖譜，對于研究人類大腦發育、進化和疾病提供了非常寶貴的資源。

首先， 作者剖析了猕猴端腦中9種PC細胞類型及其分子特征，揭示了多種信号通路（比如WNT、FGF、BMP）在PC的時空分布，并且預測了它們如何介導PC與端腦不同區域的神經幹細胞互作。通過比較猕猴與小鼠，作者發現了多個靈長類高表達的PC分子标記物，比如在猕猴前腹側PC特異表達的GALP基因（編碼Galanin Like Peptide神經肽）。通過構建皮層類器官、并添加GALP，作者發現具有前側皮層/額葉特征的類器官比具有其它端腦區域特征的類器官，在神經幹細胞增殖水平方面有着更為顯著的提升。同樣，在小鼠腦室内注射GALP也會顯著地增加喙内側而非後側的神經幹細胞的增殖。綜上，GALP可能會選擇性地促進額葉的神經幹細胞增殖，從而促進相應皮層表面積的增加。該發現為靈長類皮層擴增的研究指示了一個全新的方向。

接下來，作者構建了腦室區和腦室下區的神經幹細胞的發育軌迹，發現了早期的腦室區的神經幹細胞具有較高的區域異質性，并且該異質性随着發育時間呈下降趨勢，這與本論文通訊作者（之一）Pasko Rakic早期提出的Protomap理論一緻。進一步研究發現，額葉神經幹細胞富集了ZIC家族（ZIC1/2/3/4/5）轉錄因子、經典的外放射狀膠質細胞（outer radial glial cells）的分子标記物（HOPX、PTN和PMP22等），以及調控前額葉皮層神經元特征的維A酸信号通路的關鍵分子（RBP1和CYP26A1）。

同樣，沿着興奮性神經元的發育軌迹，作者發現越成熟的興奮性神經元，其區域異質性越高，這說明在發育後期，外在因素（比如丘腦的軸突輸入）也會進一步影響區域神經元的分子特征。作者還發現前額葉神經元富集的基因包括維A酸信号通路的關鍵分子（RBP1、CBLN2和CYP26A1），以及衆多Protocadeherin和神經肽，這可能為區域特異的連接和環路形成提供分子基礎。通過比較人類和猕猴，作者發現RBP1在人類前額葉神經元具有更為顯著的富集表達，這可能與本論文通訊作者（之一）Nenad Sestan實驗室2021年發現的人族（Hominini）特有的維A酸信号在前額葉擴增有密切關系。

不同于興奮性神經元，抑制性神經元和膠質細胞的皮層區域異質性相對較低。在膠質細胞的發生和發展中，星形膠質細胞呈現相對較高的區域異質性。通過配體-受體分析，作者預測了星形膠質細胞和血管内皮細胞有較強的分子通訊。盡管不同皮層區域的星形膠質細胞有着同樣的來自于血管内皮細胞的配體信号，但是它們的受體的表達量卻具有明顯差異，這可能預示着不同的信号響應，從而影響星形膠質細胞的區域差異化。

最後，作者通過整合分析，深入研究了與神經精神疾病和腦腫瘤相關的風險基因，在時空維度和細胞類型上的富集分布。與之前的研究吻合，作者發現大多數神經發育障礙、精神疾病的風險基因主要集中在神經元中表達，但是該研究還發現部分腦疾病風險基因在PC以及神經幹細胞中具有特異性的表達，這說明了早期端腦模式形成和神經幹細胞發育出現異常也會增加腦疾病發生的風險。另外，部分腦疾病風險基因也具有腦區特異的表達，這進一步印證了之前研究中觀察到的腦區差異的精神疾病的易感性，并揭示了潛在的分子靶标和機制。

文章鍊接：DOI: 10.1126/science.adf3786