发育中小鼠大脑中神经纤维瘤蛋白（NF1）表达的全面图谱

《Brain Structure and Function》：Comprehensive mapping of Neurofibromin (NF1) expression in developing mouse brain

　　

神经纤维瘤蛋白（NF1）是RAS-RAF-ERK通路的关键负调控因子，其突变在临床上与多种神经发育障碍相关。然而，缺乏高分辨率时空图谱阻碍了研究人员对特定细胞群体和发育过程为何对NF1缺失特别易感的理解。在本研究中，研究人员呈现了发育中小鼠大脑中NF1表达的全面图谱。通过使用原位杂交和免疫组织化学，研究人员描述了从早期胚胎阶段到出生后成熟期间NF1表达的空间分布。研究人员进一步将这些发现与成年小鼠大脑的单核RNA测序（snRNA-seq）数据集的重分析相结合，以实现更高分辨率。研究结果揭示了先前未记录的NF1在不同脑区和细胞谱系中的梯度表达模式。这项综合性研究不仅将帮助研究人员理解NF1在大脑发育中的基本作用，还将为研究NF1相关脑疾病提供关键框架。

**论文解读：发育中小鼠大脑中神经纤维瘤蛋白（NF1）表达的全面图谱**

**研究背景与问题**
神经纤维瘤蛋白（NF1）是RAS-RAF-ERK信号通路的关键负调控因子，其编码基因NF1的突变导致1型神经纤维瘤病（Neurofibromatosis type 1），该病影响全球约1/3000人，临床表现为脑和脑干中良性或恶性肿瘤的形成，以及多种神经发育障碍，如皮质畸形、癫痫、自闭症谱系障碍、智力障碍和运动障碍。尽管NF1在肿瘤发生中的作用已被广泛研究，但它在神经发育中的功能仍不明确。现有研究已表明NF1对胚胎发育至关重要，但缺乏高分辨率时空图谱，无法确定哪些发育过程或细胞群体对NF1缺失最易感。尽管有少量关于NF1在大脑中表达的报道，但尚未进行全面的哺乳动物大脑发育期高分辨率定位。因此，研究人员开展本研究，旨在系统绘制NF1在小鼠大脑发育过程中的时空表达谱，为理解NF1在神经发育中的基础作用及NF1相关脑疾病提供框架。该论文发表在《Brain Structure and Function》。

**主要关键技术方法**
研究人员使用原位杂交（RNAscope技术）和免疫组织化学（IHC，采用自定义兔抗NF1-KYT抗体）对FVB/NJ小鼠（来源：印度贾瓦哈拉尔·尼赫鲁高级科学研究中心动物设施）的大脑切片进行染色，涵盖从胚胎期（E12.5、E14.5、E17.5）到出生后（P0、P3、P12、P35）的多个时间点。此外，研究人员重分析了公开的成年小鼠大脑单核RNA测序（snRNA-seq）数据集（皮层来自Kozareva等2021，小脑来自Mortberg等2023），以细胞分辨率验证和补充蛋白表达数据。

**研究结果**
**NF1在小鼠前脑不同细胞谱系中表达**
通过IHC和原位杂交，研究人员发现NF1蛋白广泛表达于前脑的新皮层、海马、脉络丛、丘脑和下丘脑等区域。在新生皮层中，NF1在兴奋性锥体神经元（与NeuN、Ctip2、Satb2共标）中呈强核周表达，并在Sox2⁺顶端祖细胞中表达，但不在Tbr2⁺中间祖细胞中表达。海马CA1、CA3区和门区神经元中NF1表达强，而齿状回颗粒细胞表达较弱。在皮质中间神经元中，NF1与Parvalbumin和Somatostatin共标。此外，NF1仅在部分Olig2⁺少突胶质细胞中表达，主要见于胼胝体、海马连合和前连合等主要轴突束。

**NF1在小鼠小脑不同细胞谱系中表达**
在小脑中，NF1在成熟和迁移中的浦肯野细胞（与Calbindin共标）中呈强核周表达，而颗粒细胞（与NeuN共标）表达较低。NF1在深部小脑核（DCN）神经元中持续表达，从胚胎期至成年期。在胚胎期，NF1在小脑室带（CVZ）的Sox2⁺顶端祖细胞中表达，但不在菱唇来源的Pax6⁺细胞中表达。在胶质细胞中，NF1在部分Olig2⁺少突胶质细胞和部分Bergmann胶质细胞（与Blbp共标）中表达，呈现选择性表达模式。

**NF1在眼和嗅球的特定细胞层中表达**
在发育中的眼睛中，NF1在晶状体、视网膜色素上皮和神经视网膜中表达，具体包括感光细胞层、视网膜神经节细胞（部分与Tbr2共标）和Müller胶质细胞。在嗅球中，NF1在主要嗅球的僧帽细胞层和副嗅球中强表达，与NeuN共标，且在后部副嗅球中与Pax6共标。

**单核RNA测序数据重分析揭示Nf1在多种神经细胞类型中富集表达**
重分析成年小鼠皮层snRNA-seq数据发现，Nf1在几乎所有皮质细胞簇中表达，但在皮质中间神经元、少突胶质细胞谱系和兴奋性神经元中富集，其中少突胶质细胞前体细胞（OPCs）和分化中的OPCs中Nf1表达频率最高。在小脑snRNA-seq数据中，Nf1在CVZ衍生物（如小脑中间神经元、浦肯野细胞、Bergmann胶质细胞）和菱唇衍生物（如单极刷细胞）中富集，其中Bergmann胶质细胞中表达最高。这些结果与IHC数据高度一致，并揭示了Nf1在少突胶质细胞发育中的潜在重要性。

**讨论与结论**
本研究首次全面描绘了NF1在小鼠大脑发育过程中的时空表达图谱，揭示了其在多个脑区和细胞谱系中的梯度表达模式。研究人员发现，NF1在前脑兴奋性神经元、抑制性中间神经元和特定祖细胞中的选择性表达，提示其在神经元谱系进展和兴奋-抑制平衡中可能发挥关键作用。在小脑中，NF1在深部小脑核、浦肯野细胞和Bergmann胶质细胞中的持续表达，暗示其参与运动协调相关回路。NF1在少突胶质细胞谱系中的部分表达（特别是在OPCs中）以及Bergmann胶质细胞中的异质性，揭示了先前未被认识的细胞异质性，可能解释NF1相关疾病表型的变异。此外，NF1在眼和嗅球中的表达扩展了其在感觉系统中的作用，涉及光感受和嗅觉加工。研究人员总结认为，这项研究为理解NF1在发育大脑中的功能提供了资源，并为细胞类型特异性和靶向治疗策略的开发奠定了基础。研究结论部分翻译为：总体而言，这项工作为理解NF1在发育大脑中的功能提供了资源，并支持未来向细胞类型特异性和靶向治疗策略的努力。