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为深入了解小鼠胚胎晚期和出生后脑发育过程中基因表达的时空调控，东京都医学科学研究所等机构的研究人员开展小鼠脑空间转录组分析研究。他们发现多个解剖区域的新分子标记，揭示了脑结构的细胞组成，为神经解剖学研究提供了新视角。
在大脑的发育进程中，神经元就像一群训练有素的 “小工匠”，它们有条不紊地进行着增殖、分化、迁移和成熟等工作，构建起复杂而精妙的神经网络。然而，在这个微观的 “建筑工程” 里，基因表达的调控机制却充满了未知。以往研究中，成年大脑的分子标记在胎儿大脑中表现各异，就像一套原本合身的衣服，在不同的生长阶段却变得不合身了，这给理解胎儿脑的解剖结构带来了极大的挑战。而且，传统的基因表达研究方法，要么丢失空间信息，要么难以在微小区域开展，这让科研人员们难以全面且精准地掌握大脑发育的奥秘。
为了揭开这些谜团，来自东京都医学科学研究所（Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science）等机构的研究人员踏上了探索之旅。他们将目光聚焦于小鼠脑发育过程，开展了空间转录组分析研究，希望能从分子层面解读大脑发育的 “神秘代码”。这项研究成果发表在《Scientific Reports》上，为我们理解大脑发育的分子机制打开了新的大门。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，利用 Visium 平台对不同发育阶段（E17、P0）的小鼠胚胎前脑进行空间基因表达谱分析，获取大脑切片上各区域的基因表达信息；然后，将这些数据与公开的成年小鼠脑空间转录组数据以及胎儿脑单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）数据进行整合分析；最后，通过原位杂交（ISH）和荧光原位杂交等实验技术，对筛选出的分子标记进行验证。
研究结果如下：
- 空间基因表达景观：通过 Visium 平台对 E17 和 P0 阶段的小鼠前脑进行分析，并结合成年小鼠脑数据，研究人员发现不同阶段的基因表达谱存在差异。通过聚类和可视化分析，确定了 25 个空间斑点簇，这些簇与已知的解剖结构相对应，如 c1、c23、c14 和 c15 分别对应新皮层上层（II/III）、丘脑腹后复合体（VP）、丘脑非 VP 部分和海马体等区域，表明基因表达谱能较好地反映大脑的解剖结构。
- 数据驱动的分子标记探索：对 E17 和 P0 阶段进行差异表达分析，发现了一些具有潜在标记作用的基因。例如，Nexn、Wnt9b 和 Gckr 等基因在 VP 区域表现出与已知标记基因相似的表达特异性，提示它们可能是 VP 的新标记基因。
- 新分子标记的发现
- 脉络丛（Choroid plexus）：研究发现 Folr1 和 Car12 可作为脉络丛的新分子标记。原位杂交实验表明，它们在脉络丛中特异性表达，在软脑膜中不表达，且在胚胎发育的特定阶段开始出现表达。
- 丘脑（Thalamus）：Hsd11b2 在丘脑非 VP 部分表达较高，而在 VP 部分表达较低。原位杂交实验证实了其在丘脑内部结构中的特异性表达，且该基因在成年后表达消失，是一个具有发育和解剖特异性的标记。
- 梨状皮层（Piriform cortex）：在胚胎阶段，研究发现多个基因在梨状皮层富集，如 Slc17a7、Plxnd1、Itpka、Rwdd3、Rprml、Lmo3 和 Btbd3 等。其中，Rprml 在梨状皮层、海马体和亚板层均有表达，但其表达特异性在成年后减弱；Itpka 在发育阶段表现出更高的特异性。
- 背内侧梨状核（Dorsal endopiriform nucleus，DEn）：Etl4 基因被确定为 DEn 在发育阶段的新分子标记。其表达比已知标记 Nr4a2 更具特异性，RNAscope 实验表明 Etl4 主要在胚胎期 DEn 的抑制性神经元中表达，有助于区分 DEn 和屏状核（Claustrum）。
- 屏状核 / DEn 的细胞组成：通过整合空间转录组数据和单细胞 RNA 测序数据，研究人员发现屏状核 / DEn 区域由多种神经元细胞类型组成，包括兴奋性谷氨酸能神经元和抑制性 GABA 能神经元。Etl4 阳性细胞主要属于其中一组 GABA 能神经元，进一步验证了 Etl4 作为 DEn 中抑制性神经元标记的特性。
在讨论部分，研究人员指出，本研究发现的新分子标记在时空表达上具有独特的特异性，可单独或与已知标记互补使用，为研究大脑发育提供了更精准的工具。例如，脉络丛新标记 Folr1 和 Car12 在软脑膜无表达，特异性更强；丘脑新标记 Hsd11b2 在成年后沉默，对区分丘脑内部结构更具优势。同时，Etl4 作为 DEn 在发育阶段的独特标记，有助于深入研究屏状核 / DEn 区域的细胞组成、起源和发育过程。此外，研究还揭示了屏状核 / DEn 区域存在异质性神经元细胞类型，为进一步探究该区域的功能和神经回路提供了重要线索。
综上所述，这项研究通过空间转录组分析和多组学数据整合，发现了小鼠脑发育过程中多个解剖区域的新分子标记，揭示了屏状核 / DEn 区域的细胞组成和结构特征，拓展了我们对大脑发育过程中基因表达调控的认识，为神经解剖学研究提供了基于基因表达动态变化的新视角，对深入理解大脑发育机制和相关疾病的发生发展具有重要意义。
