《Cell Reports》：Combined somatic mutation and transcriptome analysis reveals region-specific differences in clonal architecture in human cortex
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为厘清人脑不同功能区神经元为何分布迥异，Viswanadham 等联合突变谱与转录组，发现 BA17 比 BA18 富集 30–70% 低嵌合突变，且 GluN 与 GABN 可共享晚发 dorsal progenitor，首次在人类活体水平解析区域克隆限制与跨型共分化，为理解皮层发育及局灶性皮质发育不良（FCD）病灶播散提供新框架。
研究背景
人类大脑皮层被细分为功能与解剖各异的 Brodmann 区，但“同一胚胎起源如何在不同区域种下不同神经元”始终是百年未解之谜。传统啮齿类研究提示兴奋性锥体神经元（GluN）由 dorsal 放射胶质细胞产生，抑制性中间神经元（GABN）则主要来自腹侧神经节隆起（GE），二者泾渭分明；然而灵长类皮层面积放大、沟回纵横，克隆后代是否仍遵循“就近定植”尚缺直接证据。近年发现胚胎期累积的体细胞单核苷酸突变（sSNV）可充当天然“条形码”，使死后人脑谱系追踪成为可能，但低嵌合分数（MF ≤4%）突变极易被技术噪声淹没，且尚无研究同时把突变信息与单细胞转录身份耦合，因而无法回答：①不同功能区是否存在克隆扩散壁垒？②晚发突变是否标记跨区域、跨细胞类型的混合克隆？③人类是否拥有不同于鼠类的“ dorsal GABN”来源？上述空白限制了局灶性皮质发育不良、癫痫等局灶性病变的起源解释。
为回答这些问题，哈佛医学院 Peter J. Park 与波士顿儿童医院 Christopher A. Walsh 联合团队对 4 例神经正常捐献者（UMB4638、UMB4643、UMB5575、UMB5580）开展 210× 深全基因组测序（WGS），结合 71 461 个单核转录组、1 131 个单细胞靶向扩增子测序及新开发的 MIPP-seq 空间谱系技术，系统绘制人脑前额叶（BA9）、初级视觉皮层（BA17）与次级视觉皮层（BA18）的克隆地图，成果发表于 2025 年《Cell Reports》。
关键技术方法
210× 深 WGS + MosaicForecast 检出 ≥2% MF 的脑限制性 sSNV；
MIPP-seq（>10 000× 靶向扩增）在 25 个脑区验证突变空间分布；
单细胞 MDA 扩增 + 最大简约树推断 coalescent 时间，换算为胚胎孕周后发周（PMW）；
10× Chromium snRNA-seq（71 461 核）联合 CellBender 去噪，用 Harmony 整合后注释 37 种细胞亚型；
PRDD-seq 同步捕获同一细胞的 DNA 与 RNA，验证 GluN/GABN 共克隆。
主要结果
初级视觉皮层富集更多低嵌合突变
对 4 例 WGS 数据按 1–2%、2–4% 等 MF 分层，发现 BA17 在 2–4% MF 区间 sSNV 数量比相邻 BA18 高 30–70%（empirical p<0.05），而 ≥20% MF 的早期突变在三区间均匀分布，提示 BA17 特有的晚发克隆扩增。
BA17/BA18 边界呈现不对称克隆限制
MIPP-seq 显示 6/9 个“BA17>BA18”突变显著局限于枕叶后部，平均仅出现在 3 个区域；相反，“BA18>BA17”突变可在额叶（BA4/6）以 ≤0.77% MF 被检出，表明 BA18 来源克隆可远距扩散，而 BA17 克隆被“锁”在视觉区。
单细胞谱系树锁定克隆起源时间
基于 122 个脑限制性 sSNV 在 1 131 个单核的基因型，构建最大简约树并拟合 coalescent 模型，推算突变起源跨越胚胎 GW10–25（≈PMW0–15）。聚类分析发现 5 种空间扩散模式：Ⅰ类突变 PMW2 即被隔离于前额叶；Ⅳ/Ⅴ类突变 PMW4–6 仍限制在 BA17/18；Ⅱ/Ⅲ类突变则逐渐从 BA17 排除，最终定植 BA18 或 BA9，提示两条独立发育路径。
snRNA-seq 发现 GluN 与 GABN 共享低 MF 突变
在 32 个 ≤8% MF 的 sSNV 中，观察到 GluN 与 CGE/MGE-GABN 同时携带突变，其最小嵌合分数（minMF）<2%，与同类 GluN-GluN 或 GABN-GABN 差异不显著；而样本不匹配对照几乎无共享，表明二者来自晚发共同祖先。经验贝叶斯估算 GluN:GABN 比例约 12:1，与既往人源异种移植实验高度吻合。
PRDD-seq 验证 dorsal 共分化并显示区域限制
对 12 个低 MF 突变同步测 RNA/DNA，确认 chr21:26365585 等 BA17 限制突变同时标记 L2–3 GluN 与 CGE/MGE-GABN；部分突变在 BA17 与 BA18 间呈细胞类型偏倚，进一步支持晚发 dorsal progenitor 可生成两类神经元并受局部微环境约束。
结论与讨论
该研究首次在人类单细胞水平证实：①视觉皮层 BA17 因局部增殖旺盛或边界屏障作用，拥有比 BA18 更高的晚发克隆密度；②人脑前额叶与视觉区呈现“广域 vs 限制”截然不同的克隆扩散模式；③大量低 MF 突变同时存在于 GluN 与 GABN，提示灵长类特异的 dorsal 起源 GABN 路径，占比可达 1/13；④若病理突变发生在这些晚发、广泛分布的克隆，可解释局灶性癫痫病灶超出 MRI 可见范围的现象。研究突破性地将“突变条形码”与转录身份耦合，为解析人脑区域化、细胞多样性及局灶性皮层发育不良的隐匿播散提供了可推广的技术框架和理论依据。
