发育中小脑皮质中具有未成熟Bergmann胶质样特征的祖细胞（IGP）

《Frontiers in Neuroscience》：A progenitor with immature Bergmann glia-like characteristics in the developing cerebellar cortex

　　

摘要专业翻译 小脑是哺乳动物中保守的古老脑结构，经典上在调节肌张力、肢体协调和平衡中发挥作用，也参与非运动功能，如语言、认知和情感。近期，研究人员在雪貂新生期小脑皮质中报道了表达Nestin的细胞，这些细胞表现出由增殖细胞核抗原（PCNA）免疫染色定义的增殖能力。研究人员将这些细胞称为“内部颗粒层祖细胞（IGP）”。IGP在紧邻浦肯野细胞层的内部颗粒层中丰富存在，并延伸出GFAP免疫阳性的放射状突起，穿过分子层和外部颗粒层，形成未成熟Bergmann胶质样形态。BrdU标记追踪显示IGP分化为颗粒神经元、Bergmann胶质和/或星形胶质细胞。因此，研究人员提出IGP可能是发育中小脑皮质中出现的具有未成熟Bergmann胶质样形态的神经祖细胞，可作为区别于外部颗粒层祖细胞的颗粒神经元另一来源。对IGP的进一步研究有望为未来小脑皮质组织发生的研究提供新视角，特别是运动与非运动小脑区域之间的差异，以及IGP的异常发育如何与与非运动小脑功能相关的神经发育障碍（如自闭症谱系障碍）相关联。

论文解读文章

一、研究背景与科学问题

小脑是哺乳动物中高度保守的古老脑结构，经典功能包括调节肌张力、肢体协调和平衡。除这些公认的运动功能外，小脑还参与语言、认知和情感等非运动功能，这些非运动功能主要由小脑半球（或新小脑）介导，该区域表现出大体解剖和功能不对称性，并与其他脑区存在偏侧化连接。然而，负责运动与非运动功能的小脑区域之间的组织学和发育差异仍不清楚。

小脑皮质具有简单的三层组织结构：分子层（ML）、浦肯野细胞层（PCL）和内部颗粒层（IGL）。密集排列于IGL的颗粒神经元通过苔藓纤维接收来自脊髓、脑干小脑前核和前庭器官的输入，并通过平行纤维将兴奋性信号传递给浦肯野细胞。颗粒神经元-浦肯野细胞兴奋性传递常被单极刷细胞放大，并被GABA能中间神经元（如分子层中间神经元（MLI），包括篮状和星形神经元，以及高尔基神经元）抑制。浦肯野细胞抑制深部小脑核团神经元，后者向丘脑和红核等脑区发送兴奋性输出。

小脑神经元来源于胚胎小脑中的两个不同的生发上皮细胞。一个是第四脑室顶的室区，由Ptf1a表达标识，产生浦肯野细胞和多类抑制性中间神经元（包括MLI）。另一个是上菱唇（uRL），产生兴奋性神经元，如深部小脑核团神经元和单极刷细胞。uRL进一步产生覆盖发育中小脑表面的外部颗粒层前体细胞（EGP），形成外部颗粒层（EGL）。EGP增殖，沿Bergmann胶质突起向内迁移分化为颗粒神经元，最终定居于IGL。因此，大量研究已记录了小脑皮质神经发生和组织发生。本文重点介绍雪貂发育中小脑皮质中出现的Nestin表达神经祖细胞（即IGP），并讨论其进化意义和小脑功能。

二、研究内容与主要发现

雪貂属于食肉目，因其对人类流感病毒的易感性而被广泛用作流感感染研究的动物模型。近年来，雪貂因其脑回状大脑皮质而越来越多地被用于神经发育研究。此外，使用雪貂的实验在小脑皮质组织发生方面获得了新的见解。研究人员在雪貂新生期发育中小脑皮质中，在紧邻PCL的IGL中发现了经2小时BrdU标记表达增殖细胞核抗原（PCNA）的细胞。值得注意的是，PCNA表达细胞对Nestin免疫阳性，Nestin是神经干细胞中选择性表达的中间丝蛋白。这些细胞被称为内部颗粒层祖细胞（IGP）。

雪貂的小脑组织发生形成三层皮质的过程发生在出生后早期，其轨迹与啮齿类动物相似。IGP在雪貂小脑出生后第7天（PD 7）被暂时发现，对应于小鼠PD 4的小脑皮质组织发生阶段。IGP对Sox2也呈免疫阳性，并延伸其GFAP免疫阳性突起，垂直穿过PCL到达ML。此外，IGP对BLBP和S100β呈免疫阳性，表现出未成熟Bergmann胶质样的形态和免疫组织化学特征。BrdU标记追踪显示，在正常雪貂中，IGP通过分化性分裂转变为颗粒神经元、Bergmann胶质和/或星形胶质细胞，Nestin免疫染色在PD 20时减弱。因此，研究人员提出IGP作为区别于EGP的颗粒神经元另一来源发挥作用。

IGP产生颗粒神经元的可能性得到了小鼠新生期PCL周围Bergmann胶质样形态细胞中髓系异位病毒整合位点1同源物（Meis1）表达的支持。Meis1是一种转录因子，通过激活Pax6在细胞周期退出、颗粒神经元分化、向IGL迁移以及随后分化中颗粒神经元平行纤维的形成中发挥作用。

持续Sox2表达是Bergmann胶质的独特特征。有趣的是，表达Sox2但不表达S100β、GFAP和Olig2等胶质标志物抗原的Bergmann胶质谱系可能作为成体神经祖细胞。由于IGP也具有向Bergmann胶质分化的谱系，成体小脑神经祖细胞可能起源于IGP衍生的Bergmann胶质群体的可能性也应予以关注。

近期研究报道Bergmann胶质样祖细胞（BGLP）在小鼠新生期小脑中短暂出现。与IGP相似，BGLP具有Bergmann胶质样形态，具有分化为MLI、Bergmann胶质和IGL星形胶质细胞的谱系潜能；然而，其分化为颗粒神经元的潜能尚不清楚。此外，在小鼠新生期小脑中也鉴定出Nestin表达祖细胞（NEP）；这些细胞主要产生星形胶质细胞和中间神经元，并可在小脑损伤后通过Hedgehog信号转导转换命运以产生颗粒神经元，实现这些神经元的代偿性补充。IGP是否与BGLP和NEP相同仍不清楚。这三种祖细胞在分化的神经元类型（即颗粒神经元、MLI或两者）和/或增强神经分化的触发因素方面显示出若干差异。虽然IGP和NEP（而非BGLP）具有产生颗粒神经元的谱系潜能，但IGP中这种颗粒神经元分化通过暴露于丙戊酸（VPA）抑制组蛋白去乙酰化酶（HDAC）1和2活性而增强，而NEP中则通过小脑损伤后激活Hedgehog信号而增强。

研究还报道了外EGL中一种罕见的祖细胞群体，其保留Sox2表达，可在小脑损伤后分化为颗粒神经元。然而，IGP通过其Bergmann胶质样形态、小脑皮质定位以及在生理条件下发挥作用而与这种祖细胞区分开来。

三、关键技术方法

研究人员主要运用了以下关键技术方法：免疫荧光三重染色技术，用于检测Nestin、PCNA、Sox2、GFAP等标志物在雪貂小脑皮质中的共表达定位；BrdU标记追踪技术，用于评估细胞增殖并追踪IGP的分化命运；丙戊酸（VPA）暴露实验，用于研究HDAC抑制对IGP和EGP增殖及神经元分化的调控作用。样本来源于雪貂新生期（PD 7）小脑皮质组织。

四、研究结果

2 雪貂小脑皮质组织发生

通过免疫荧光染色，研究人员在雪貂新生期PD 7小脑皮质中鉴定出Nestin、PCNA和Sox2三重免疫阳性的IGP细胞群体，这些细胞位于紧邻PCL的IGL中。IGP同时表达GFAP、BLBP和S100β，并延伸GFAP阳性放射状突起穿过ML至EGL，呈现未成熟Bergmann胶质样形态。BrdU标记追踪实验表明IGP可分化为颗粒神经元、Bergmann胶质和/或星形胶质细胞。Meis1在Bergmann胶质样形态细胞中的表达支持了IGP产生颗粒神经元的可能性。与BGLP和NEP的比较分析显示，IGP在分化细胞类型和分化增强触发因素方面存在差异：IGP和NEP（而非BGLP）具有产生颗粒神经元的潜能，VPA通过抑制HDAC 1和2增强IGP的颗粒神经元分化，而NEP通过损伤后Hedgehog信号增强分化。

3 IGP可能的小脑功能和进化意义

小脑的非运动功能由半球介导，这些半球表现出形态和功能不对称性以及与其他脑区的偏侧化连接。小脑的进化扩张与哺乳动物物种间小叶化/亚小叶化的复杂性和大脑皮质的扩张相关。小脑体积偏侧化和/或小叶化/亚小叶化在小鼠、雪貂和猕猴中依次更加明显。小脑颗粒神经元是脑内数量最多的神经元类型，啮齿类约3亿个，人类约450亿个。因此，小脑的进化扩张可能主要依赖于颗粒神经元数量的增加。IGP可能是雪貂新生期发育小脑中区别于EGP的颗粒神经元另一来源。VPA通过抑制HDAC 1和2活性作用于发育脑中天然神经祖细胞来源（如SVZ祖细胞和海马齿状回祖细胞）以调节其增殖和神经元分化。在雪貂新生期小脑中，VPA刺激IGP向颗粒神经元的分化性分裂，但减少EGP的增殖，提示两种不同来源的颗粒神经元数量平衡存在表观遗传调控。IGP来源的颗粒神经元发生可能参与哺乳动物进化过程中小脑的进化扩张、结构和功能不对称性以及形态复杂性（小叶化/亚小叶化），形成个体差异，与小脑非运动功能的获得相关。然而，雪貂以外哺乳动物（如小鼠、猴子和人类）小脑中IGP的存在和数量尚不清楚。

五、讨论与结论

本文重点介绍了雪貂发育中小脑皮质中出现的神经祖细胞谱系，即“IGP”，及其作为区别于EGP的颗粒神经元另一来源的潜能。IGP可能是不成熟Bergmann胶质的一个亚群，因为它们具有未成熟Bergmann胶质样特征，如Sox2表达和GFAP阳性放射状突起穿过ML延伸至EGL，尽管表达Nestin。相反，IGP是否与已知神经祖细胞（如BGLP和NEP）相同仍不清楚。新生期VPA暴露通过分化性分裂促进IGP（而非EGP）向颗粒神经元转变。颗粒神经元向浦肯野细胞提供兴奋性苔藓纤维输入，后者受MLI抑制性调节。因此，新生期VPA暴露后IGP来源颗粒神经元的过量产生可能破坏调节浦肯野细胞活动的兴奋性和抑制性输入之间的平衡，提示与神经发育障碍相关的发育改变。新生期VPA暴露已被报道在雪貂中诱导自闭症谱系障碍样社交行为缺陷。这些发现表明IGP的异常发育与与非运动小脑功能相关的神经发育障碍（如自闭症谱系障碍）相关，并支持研究人员关于IGP来源颗粒神经元在非运动小脑功能（如语言、认知和情感）中发挥作用的假说。对IGP的进一步研究有望为小脑皮质组织发生的研究提供新视角，特别是运动与非运动小脑区域之间的差异，以及IGP的异常发育如何与神经发育障碍相关联。