秀丽隐杆线虫感觉器官胚胎发育的细胞互作与形态发生机制解析

这篇研究通过高分辨率电子显微镜数据集，首次系统重构了秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）头部全部感觉器官（AM/CEP/IL/OLQ/OLL）在胚胎逗号期的发育动态，揭示了鞘胶质细胞（sheath glia）从远端自融合形成无缝管状结构、神经元前体细胞被包裹等新现象，并发现AUA神经元与双尖感觉器官（amphid）的瞬时互作可能反映进化保守特征，为神经-胶质协同形态发生提供了重要见解。

　　

引言

五十年前对秀丽隐杆线虫感觉神经系统的开创性研究，开启了对其神经发育机制的探索。本研究利用最新发布的聚焦离子束扫描电镜（FIB-SEM）数据集，首次在胚胎逗号期（约395分钟）系统解析了头部18个感觉器官的组装过程。这些器官由鞘胶质细胞（sheath）、套膜胶质细胞（socket）和1-12个神经元组成，其高度可重复的组装机制长期未明。

细胞鉴定与胚胎时序

通过核位置比对和细胞形态重建，研究团队确认了36个胶质细胞和26个非双尖感觉神经元。有趣的是，CEPshDL等胶质细胞在分裂期仍保持对神经元前体细胞（如CEPVL^p）的包裹。根据IL1VR等神经元的有丝分裂特征，将胚胎年龄精确修正为395分钟（原估计345分钟），与CEPshD/URX谱系分化时间吻合。

鞘胶质细胞的远端起始包裹机制

鞘胶质细胞从树突远端起始包裹是其形态发生的核心特征。在OLLL器官中，未完成终末分裂的OLLL^p前体细胞远端已形成完整包裹（图3），而CEPVR前体仅呈现浅凹陷（图4）。动态过程表现为：鞘细胞首先在远端形成自融合的环状结构，随后像"拉链"般向近端延伸。IL器官中，IL1/IL2神经元的分隔过程（ILDL已完成而ILVR未启动）揭示了包裹与细胞分化的时序关联。

非终末细胞的胶质互作

突破性发现是鞘细胞能识别未分化前体细胞。OLQ所有神经元均处于前体状态时，其鞘细胞已启动包裹程序（图6）。更惊人的是，雄性特异性CEM神经元在雌雄同体胚胎中仍被CEPsh包裹，直至470分钟才凋亡，暗示包裹独立于性别决定通路。这种"超前包裹"现象提示胶质细胞可能通过谱系特异性表面标记识别靶细胞。

跨谱系的瞬时神经-胶质互作

研究揭示了两种非常规互作：URY神经元（OLQ谱系姐妹细胞）部分嵌入OLQ鞘细胞（图6），以及AUA神经元被双尖鞘细胞完全包裹（图7）。后者尤为特殊，因成熟线虫中AUA并不与双尖器官关联，但在寄生线虫（如Strongyloides stercoralis）中AUA同源神经元确是双尖器官第13成员。这种进化保守的瞬时互作可能反映祖先状态的功能遗迹。

套膜胶质细胞的环状包裹模式

套膜细胞发育呈现明确时序：先沿鞘细胞周向包裹（如CEPsoDL），再形成管状通道（如OLLsoL）。该过程与神经元包裹进度相关，支持"鞘-神经元复合体先组装，套膜后加入"的模型（图8）。这与dyf-7/ dex-1突变体表型一致——鞘细胞与神经元虽缩短但仍保持包裹关系，而套膜细胞则脱离。

讨论与展望

该研究不仅揭示了感觉器官组装的时空逻辑，更提出"细胞分化状态触发包裹"等新假说。技术层面，证明公共电镜数据集的可挖掘价值；生物学层面，AUA的瞬时包裹为神经-胶质进化研究提供了新视角。未来需探究：①包裹起始的分子标签；②前体细胞分裂时如何维持包裹结构；③跨物种保守互作的功能意义。这些发现为理解神经环路精准组装提供了范式。