单细胞分辨率下小脑发育与疾病的分子机制及进化研究新进展

这篇综述聚焦单细胞组学技术（scRNA-seq/scATAC-seq）在小脑发育与疾病研究中的革命性应用，系统阐述了小脑神经元（如颗粒细胞、浦肯野细胞）和胶质细胞的分子分型、基因调控网络（GRN）及进化保守性，揭示了组蛋白修饰（H3K4me3/H3K27me3）、转录因子（FOXP2/EN1/2）和信号通路（SHH/WNT）的调控作用，为自闭症谱系障碍（ASD）、髓母细胞瘤（MB）和桥小脑发育不全（PCH）等疾病的机制研究提供了新视角。

　　

分子模型揭示小脑发育的表观遗传调控

Mary Beth Hatten团队发现染色质动态修饰（如H3K4me3/H3K27me3二价性）调控颗粒细胞分化和胶质引导迁移。在小鼠模型中，自闭症相关基因Astn2
缺失导致突触传递异常，EPSC频率降低而IPSC振幅增加。团队还开发了人源多能干细胞（hPSC）衍生的浦肯野细胞3D培养系统，用于模拟脑层状结构和疾病机制。

兴奋性神经元分子亚类的功能异质性

Alexandra Joyner团队通过单细胞测序发现，胚胎期E14.5即可区分小脑核兴奋性神经元（eCN）的转录亚群，En1/2
缺失导致特定eCNm亚群凋亡并影响运动学习。有趣的是，完全缺失eCN仅损害运动协调，而保留En1/2
的小脑外补偿机制提示学习行为更依赖分子通路完整性。

新生小脑的发育与再生潜能

N. Sumru Bayin研究显示，小鼠小脑巢蛋白阳性祖细胞（NEP）具有谱系可塑性：出生后损伤可诱导Hopx
⁺
胶质源性NEP重编程为颗粒细胞前体（GCP）。单细胞多组学揭示Ascl1
是适应性重编程的关键调控因子，为神经再生研究提供新模型。

Pax6

调控小脑发育的基因网络
Yeung和Goldowitz团队结合CUT&Tag染色质分析和单细胞测序，发现Pax6
通过直接靶向Tbr1
、Eomes
等转录因子调控小脑核神经元分化。突变体中miRNA/mRNA相关性分析意外揭示大量正相关调控对，为基因网络建模（CellOracle/SCENIC+）奠定基础。

人类小脑发育的独特性

Haldipur和Millen比较物种发现，人类特有的脑室下区（SVZ）扩增了浦肯野细胞和菱形唇祖细胞多样性。胎儿小脑浦肯野细胞分两波生成，树突复杂性直至孕14周才显现，而菱形唇持续活跃至出生，这一发现改写了髓母细胞瘤（MB）的起源假说。

哺乳动物小脑的进化蓝图

Marius Sepp团队通过6个物种70万单细胞核数据，揭示浦肯野细胞亚型在人类胎儿期数量翻倍，且早期出生亚型扩增最显著。保守的细胞类型定义程序与人类特有的SVZ祖细胞增殖能力，共同驱动小脑进化。

小脑核的进化与连接组学

Justus Kebschull提出小脑核通过祖先细胞类型集合的重复分化而进化。团队利用BRICseq技术绘制从两栖类到灵长类的单细胞投射图谱，发现转录保守性跨越1.6亿年，而新核的整合依赖脑区间特异性连接。

FOXP基因塑造浦肯野细胞多样性

Jane Li团队鉴定出11种胚胎小鼠浦肯野细胞亚型，空间映射预测成人小脑条纹模式。Foxp1
表达亚型与半球发育正相关，人类该亚型丰度显著高于小鼠，而鸡脑中几乎缺失，印证其在进化中的关键作用。

小脑星形胶质细胞的异质性

Valentina Cerrato和Giacomo Turrini整合单细胞数据，突破传统Bergmann胶质细胞（BG）四分法，发现BG亚群与浦肯野细胞空间共定位，而新型星形胶质细胞可能介导谷氨酸能神经传递（类似海马“gliotransmission”），为环路功能研究开辟新方向。

人类小脑类器官模型的突破

Negar Hosseini和Giorgia Quadrato开发的类器官系统重现了人特异性菱形唇祖细胞和功能性浦肯野细胞。Esther Becker团队进一步利用FOXP2
报告基因iPSC，发现自闭症风险基因在浦肯野细胞亚型中富集，而SHH信号异常可诱导髓母细胞瘤样病变。

疾病模型揭示发育机制

Mayer和Coolen团队分别建立桥小脑发育不全（PCH）类器官模型：TSEN54
突变导致小脑类器官体积减小，而PRDM13
缺失引发GABA能神经元命运转换。Lukas Kutscher发现ELP1
杂合突变通过p21调控缺陷增加DNA损伤敏感性，解释其作为髓母细胞瘤易感基因的机制。

髓母细胞瘤的进化与治疗靶点

Luca Tiberi提出人类特异性基因（HSG）可能通过促进祖细胞增殖同时增加髓母细胞瘤风险。Mark Evans团队基于单细胞数据锁定G3-MB亚群依赖靶点：嘧啶代谢酶CTPS1抑制联合CHK1/2阻断可诱导复制应激死亡，而MYC-YBX1-PRC2轴调控肿瘤干细胞自我更新。

跨物种研究的共识与展望

会议揭示小脑在认知功能中的扩展作用远超传统运动调控范畴。尽管类器官和动物模型取得进展，人类特异性发育特征（如SVZ）仍需更标准化模型。通过Slack和线上研讨会，国际团队将持续协作攻克ASD、MB等疾病的分子机制。