人源干细胞来源GABA能中间神经元发育研究揭示亚型多样性早期出现与电化学成熟渐进性特征

本研究针对药物难治性癫痫治疗需求，通过单细胞转录组分析揭示了人胚胎干细胞(hESC)来源的MGE型GABA能中间神经元(hMGE-pINs)移植后亚型分化规律。研究发现移植细胞在小鼠大脑环境中快速分化为SST和PVALB亚型，呈现与内源性神经元相似的分子特征和电生理特性，为基于中间神经元的细胞疗法提供了高保真模型和组成图谱。

　　

在神经系统疾病治疗领域，药物难治性癫痫等疾病长期面临治疗瓶颈，其核心病理机制与皮质抑制性中间神经元功能缺陷密切相关。γ-氨基丁酸(GABA)能中间神经元作为大脑神经网络的关键调节者，其亚型异常与癫痫、精神分裂症乃至阿尔茨海默病(AD)等多种神经系统疾病相关联。然而，人类中间神经元发育的时空特异性规律及其在疾病微环境中的整合机制仍是未解之谜，这严重制约了再生医学在神经系统疾病中的应用。

针对这一科学难题，Neurona Therapeutics Inc.（美国南旧金山）与加州大学旧金山分校的研究团队在《Neuron》发表了突破性研究成果。研究人员通过建立人胚胎干细胞(hESC)定向分化为内侧神经节隆起(MGE)来源的GABA能中间神经元(hMGE-pINs)模型，结合跨物种移植和单细胞多组学分析，系统解析了移植中间神经元在宿主大脑中的长期发育轨迹。

研究主要采用三大关键技术：1）基于SHH信号通路激活的hESC定向分化体系获得高纯度hMGE-pINs；2）跨时间点的单核RNA测序(snRNA-seq)追踪移植细胞在小鼠皮质和海马中的分子演变；3）全细胞膜片钳技术记录12-20个月移植后神经元的电生理特性。此外，研究还运用扩展显微镜(ExM)技术观察突触超微结构，并通过荧光原位杂交(FISH)验证关键分子标记。

研究结果揭示四大核心发现：

稳定长期的移植细胞组成
通过分析1-18个月移植后(MPT)的130,557个人类细胞核转录组数据，发现97%的移植细胞分化为典型MGE中间神经元，其中20-40%为PVALB亚型，60-80%为SST亚型，包括SST/CHODL和ADARB2/LHX6等亚群。这种组成比例在宿主生命周期中保持稳定，且在不同移植批次间具有高度可重复性。

快速亚型分化与渐进成熟
比较转录组分析显示，移植后14天即出现亚型特征基因表达，远早于电生理成熟。发育轨迹重建表明，移植细胞经历三个特征性转录状态：移植前的迁移相关基因主导阶段（0-1 MPT）、突触组织相关基因激活阶段（1-3 MPT）和膜电位调节基因上调阶段（3+ MPT）。值得注意的是，钾通道基因KCNC1/KCNC2等PVALB特征基因的表达随移植时间逐渐增强。

电生理特性逐步完善
膜片钳记录显示，移植12-20个月的hMGE-pINs可分为非适应性快速放电(FS)和适应性非快速放电(NFS)两类，分别对应内源性PVALB和SST中间神经元特性。FS细胞表现出更窄的动作电位(AP)波形、更大的后超极化(AHP)幅度，最高放电频率可达200 Hz，这些特性随着年龄增长而显著增强。

疾病相关亚型的成功重建
研究鉴定出移植细胞包含多种AD选择性易损亚型，包括表达RELN的SST-Martinotti细胞（占20%）和上皮质层PVALB篮状细胞。在癫痫模型中，SST/CHODL亚型显著上调神经肽Y(NPY)——一种已知的抗癫痫物质，提示环境适应性反应可能是治疗机制之一。

这项研究的重要意义在于：首次在单细胞分辨率上绘制了人源中间神经元移植后的发育全景图谱，证实hMGE-pINs能自主实现亚型分化并逐步获得成熟功能特性。研究建立的预测模型和高保真分化体系，为精准化细胞治疗产品的开发提供了质量评价标准。特别是发现移植细胞包含AD早期易损亚型，为神经退行性疾病的细胞替代策略提供了新的靶点选择依据。该成果不仅推进了对人类中间神经元发育规律的基础认知，更为临床治疗药物难治性癫痫等疾病开辟了可转化的再生医学路径。