人类皮质类器官环境诱导小鼠中间神经元命运可塑性：揭示PVALB+亚型分化的非自主调控机制

编辑推荐：本研究通过构建人鼠嵌合皮质类器官模型，首次揭示人类3D皮质微环境可非自主性驱动小鼠MGE来源中间神经元向PVALB+亚型高效分化，并证实已分化的Sst+中间神经元仍具命运可塑性。该发现为解析神经元身份决定机制提供新范式，并为难获取的PVALB+中间神经元体外制备开辟新途径。

　　大脑皮层神经环路的精确组装依赖于兴奋性投射神经元(PNs)与抑制性中间神经元(INs)的协同发育。其中源自内侧神经节隆起(MGE)的PVALB+和SST+中间神经元分别调控神经网络的高频振荡和突触可塑性，但PVALB+中间神经元在体外分化效率低下且成熟缓慢，其命运决定机制长期存在争议。传统观点认为中间神经元亚型由早期内在遗传程序决定，然而近期单细胞转录组数据显示胚胎期MGE细胞缺乏明确的亚型预分化特征，暗示环境因素可能参与调控。

为破解这一科学难题，加州大学旧金山分校和圣克鲁兹分校的Mohammed A. Mostajo-Radji团队创新性地构建了跨物种研究体系。研究人员首先通过整合多个胚胎期小鼠单细胞转录组数据集，发现E13-P10阶段的MGE来源中间神经元仅形成一个未分化的Lhx6⁺Maf⁺群体，缺乏PVALB和亚型特异性标记物的表达。这提示中间神经元身份可能在后发育阶段被微环境信号重塑。

研究团队随后设计了三组关键实验：首先将E13.5小鼠MGE前体细胞移植至人源(GW22)和小鼠(E14.5)皮质器官型切片，7天后惊人地发现人源环境诱导82.9%移植物表达PVALB，而小鼠环境仅产生SST+细胞。通过人核抗原(HNA)标记证实PVALB+细胞均为小鼠来源，且表达时间较体内发育提前3周。为建立长期观察模型，研究人员将MGE细胞移植至6-8周龄人皮质类器官，活体成像显示移植物呈现典型中间神经元迁移行为，5周后光片显微镜显示其优先定位于类器官外周PNs富集区。免疫电镜证实移植物形成突触素(Syp)阳性突触前结构，并接收宿主PNs的PSD95⁺突触输入，钙成像检测到自发放电和网络同步化活动。

分子表征显示人源环境中的移植物呈现PVALB+中间神经元全特征：上调Mef2c(90.4%)和ErbB4(55.5%)，下调Nr2f2(25.3%)；分泌BDNF；形成神经元周围网络(PNNs)；胞体面积(207.3 μm²)显著大于小鼠环境(128.3 μm²)。引人注目的是，当使用Sst-Cre谱系示踪技术移植E14.5已分化的SST+中间神经元时，约55%细胞在人皮质类器官中转为PVALB+/SST+或PVALB+单阳性，而小鼠环境对照组仅0.9%出现转分化，揭示出中间神经元的惊人可塑性。

机制研究发现：①仅3D人皮质环境具有PVALB诱导能力，2D共培养或MGE类器官移植均无效；②撤除胎牛血清(FBS)或雷帕霉素抑制mTOR通路后，PVALB+细胞比例从71.7%骤降至7.7%，但移植物内pS6信号保持，提示PNs的mTOR活性通过非自主方式调控中间神经元命运。这些发现颠覆了传统认知，证实中间神经元身份受宿主微环境动态调控。

该研究通过创新性跨物种模型，首次系统论证了中间神经元命运的可塑性及其微环境依赖特性。其重要意义体现在：①为神经发育疾病如自闭症(PVALB+中间神经元缺陷相关)提供新的病理机制视角；②建立高效生成PVALB+中间神经元的标准化方案；③揭示mTOR通路在神经元亚型特化中的非细胞自主调控作用。研究提出的"3D皮质微环境重编程"策略，为其他难获取神经元亚型的体外分化提供普适性方法学框架。论文发表于《iScience》杂志，为神经发育研究和细胞治疗领域开辟了新方向。