人类大脑发育过程的详细图谱

人类新皮质包含数百种神经元和神经胶质细胞，它们在发育早期由数量相对有限的祖细胞类型分化而来。20世纪70年代的研究揭示了皮质层“由内向外”的序贯生成及神经胶质细胞随后产生的过程，但未能明确这些细胞的确切发育起源。在小鼠中的研究发现，放射状胶质细胞充当神经干细胞，可分化为多种细胞类型，然而由于实验方法的限制，人类与小鼠神经发育过程的保守程度尚不明确，这主要涉及三个问题：人类皮质神经发生持续时间长以支持皮质扩张的机制、大量γ-氨基丁酸能神经元的起源，以及妊娠中期出现的截短放射状胶质细胞（tRG）的作用。

本研究应用大规模平行谱系追踪技术，分析了妊娠中期晚期神经发生和神经胶质发生阶段6402个神经干细胞和祖细胞的分化模式，构建了人类发育中大脑的谱系解析图谱，并获得三个重要发现。首先，发现皮质祖细胞在妊娠中期后开始产生γ-氨基丁酸能神经元，实现了从谷氨酸能到γ-氨基丁酸能神经发生的发育转换，这一过程此前未被认识。其次，tRG能够产生所有主要皮质细胞类型，尤其通过生成中间祖细胞对谷氨酸能神经发生至关重要。第三，在皮质神经发生晚期，室管膜区（VZ）和内室下区（ISVZ）的祖细胞仍能生成谷氨酸能神经元，其中部分神经元具有深层皮质神经元的转录组特征，可能重新激活深层皮质生成程序。

研究收集了8个个体的9份原发组织样本（5份妊娠中期前，4份妊娠中期后），使用STICR谱系追踪工具标记祖细胞，经培养和单细胞测序后，获得97540个细胞数据（60%带有谱系 barcode）。通过聚类分析，鉴定出放射状胶质细胞、中间祖细胞、谷氨酸能神经元、γ-氨基丁酸能神经元、星形胶质细胞、少突胶质前体细胞（OPCs）和少突胶质细胞等类型。妊娠中期前样本中谷氨酸能细胞占比高，妊娠中期后则胶质细胞和γ-氨基丁酸能细胞增多。

克隆分析显示，妊娠中期后γ-氨基丁酸能细胞克隆占比达62%，这些细胞主要为局部祖细胞（IN_IPC）和局部神经元（IN_local）类型，与谷氨酸能细胞及OPCs存在谱系关联。免疫染色证实，局部γ-氨基丁酸能神经元在妊娠中期后增多并持续至晚期妊娠。tRG主要源自VZ，与谷氨酸能细胞谱系密切相关，其产生的晚期谷氨酸能神经元表达深层皮质标记物TBR1，通过BrdU标记发现这些神经元迁移至亚板区，可能促进亚板区扩张。

总之，本研究揭示了人类神经干细胞分化的动态过程，阐明了神经发生与胶质发生轨迹间的新关系，为理解人类皮质发育机制提供了重要依据。