神经嵴细胞获得促进脊索动物内柱向甲状腺演化的关键机制

本研究通过谱系追踪和CRISPR-Cas9基因编辑技术，揭示了神经嵴细胞(NC)在七鳃鳗内柱(endostyle)发育中的关键作用，挑战了内柱仅由内胚层起源的传统观点。研究发现NC缺失导致内柱双侧化缺陷，提出NC的获得是脊椎动物甲状腺从脊索动物内柱演化的重要推动力。

　　

甲状腺作为脊椎动物特有的内分泌器官，其演化起源一直是发育生物学领域的核心问题。传统观点认为甲状腺起源于脊索动物内柱——一种非脊椎脊索动物特有的内胚层器官，但这一假说缺乏发育机制层面的证据。更令人困惑的是，现存七鳃鳗的内柱会在变态后转化为甲状腺滤泡，而古生物化石显示部分远古七鳃鳗可能直接发育甲状腺，这使内柱与甲状腺的演化关系变得扑朔迷离。

美国加州理工学院的研究团队在《SCIENCE ADVANCES》发表的研究中，通过多学科技术手段揭示了神经嵴细胞(NC)在这一演化过程中的关键作用。研究人员采用CM-DiI谱系示踪、高通量RNA测序和七鳃鳗胚胎CRISPR-Cas9基因编辑等关键技术，结合欧洲同步辐射中心的HiP-CT三维成像技术，对七鳃鳗内柱发育进行了系统解析。

内柱发育的精细图谱

通过碘增强同步辐射显微CT技术，首次构建了七鳃鳗内柱从T27到T30发育阶段的三维结构模型。研究发现内柱呈现独特的双叶结构，其甲状腺样细胞(II/III型)特异性表达甲状腺过氧化物酶(Tpo)和双氧化酶1(Duox1)，这些基因同样参与脊椎动物甲状腺激素合成。RNA-seq分析进一步揭示了内柱与甲状腺共享Pax2/5/8、Hhex等核心发育调控网络。

神经嵴细胞的意外贡献

CM-DiI标记实验颠覆性地发现：NC细胞不仅参与内柱间质形成，还贡献于II/III型甲状腺样上皮细胞。这些NC来源细胞表达典型的施万细胞前体(SCP)标志物如Pmp22和Serpine2，并通过EdnrB信号通路调控器官发育。当研究人员使用CRISPR-Cas9敲除NC关键基因Tfap2a/FoxD3或SoxE2/E3时，突变体内柱出现单侧化畸形，模拟了鸡胚胎NC缺失导致的甲状腺发育异常。

演化意义的新模型

该研究提出NC的获得是内柱向甲状腺演化的"催化剂"：在基础脊索动物(如文昌鱼)中，内柱仅是简单的沟状结构；而脊椎动物通过整合NC发育程序，使内柱获得双侧化能力和更复杂的细胞组成。这一机制可能解释了为何七鳃鳗内柱能转化为甲状腺滤泡，而其他脊索动物的内柱保持原始状态。研究还暗示古生物中"缺失的内柱"可能是NC参与程度不同的演化中间态。

这项研究不仅解决了甲状腺起源的争议，更揭示了NC在器官演化中的普适性作用——通过"招募"外胚层细胞参与内胚层器官重塑，从而驱动脊椎动物特有的解剖创新。该发现为理解内分泌系统演化提供了新范式，对甲状腺发育异常疾病的机制研究也有重要启示。