基于摘要和内容，拟定标题如下： 次级神经管形成机制可能在脊椎动物间充质尾芽延伸过程中起源

《Frontiers in Cell and Developmental Biology》：Secondary neurulation mechanisms likely arose in vertebrates during mesenchymal tailbud extension

　　

以下是论文摘要的专业翻译：

中枢神经系统（central nervous system, CNS）是所有脊椎动物共有的重要器官系统，也是脊索动物门（Chordata）的定义性特征之一。在脊索动物中，神经管可通过初级神经管形成（primary neurulation）、次级神经管形成（secondary neurulation）或两者混合的方式形成。初级神经管形成过程中，已极化的上皮发生折叠；而次级神经管形成则涉及间充质-上皮转变（mesenchymal to epithelial transition, MET）、细胞交错插入，有时还涉及由初始实心间充质细胞索发生的从头空泡化（de novo cavitation）。目前的研究仅显示次级神经管形成存在于部分脊索动物中，其原因尚不明确。方法：本文利用已发表文献重新评估脊索动物物种中神经管形成模式及其与尾芽延伸的相对时序，并采用微型计算机断层扫描（micro-computerized tomography, microCT）和免疫组织化学（immunohistochemistry, IHC）研究辐鳍鱼纲（Actinopterygii）鱼类中的神经管形成细胞机制，此前仅发现真骨鱼类（teleosts）存在次级神经管形成。结果：文献综述表明，早期分支的脊索动物可能仅通过初级神经管形成形成神经管，且不具有间充质尾芽。相比之下，在已有次级神经管形成记录的脊椎动物物种中，次级神经管形成的起始与间充质尾芽延伸的起始之间存在强烈的正相关。脊索动物中神经管形成机制尚未得到充分表征，导致次级神经管形成的报道分布零散。microCT图像显示，全骨鱼纲（Holostei）分支的热带雀鳝（tropical gar）沿其体轴大部分区域通过次级样机制形成神经管，而塞内加尔多鳍鱼（Cladistia分支）和星鲟（软骨硬鳞鱼分支）在前部区域表现出初级神经管形成，并在胚胎后端具有未分化的尾芽。更高分辨率的免疫组织化学数据显示，星鲟胚胎神经管在神经肠管（neuroenteric canal）之前通过初级机制形成，而尾芽中增殖的Sox2阳性细胞通过次级神经管形成机制插入延伸中的神经管，且无从头管腔形成。讨论：综上所述，研究结果表明，次级神经管形成的细胞机制可能是在脊椎动物亚门（Vertebrata）中进化而来，以使得延伸的间充质尾芽中的细胞能够整合入已极化的后部脊髓。然而，不同物种之间为何存在不同的次级神经管形成细胞机制（例如从头极化和细胞交错插入 vs. 仅细胞交错插入），以及为何某些物种沿其体轴大部分区域进行次级神经管形成，而其他物种仅限于尾芽区域，仍不清楚。研究人员提出，体轴延伸相对速率、间充质细胞增殖和MET的差异所导致的不同几何约束，可能是决定采用何种特定神经管形成机制的关键。

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神经管形成是产生中枢神经系统的关键形态发生过程，其异常可导致神经管缺陷（neural tube defects, NTDs），这是人类最常见的先天缺陷之一。在羊膜动物中，神经管形成主要分为初级和次级两种机制。初级神经管形成涉及神经板折叠形成神经沟并融合为神经管；次级神经管形成则发生在尾部区域，涉及间充质-上皮转变（MET）和细胞成腔。目前对次级神经管形成机制的理解远不如初级神经管形成，且不同物种间存在显著差异。已有研究表明，鸟类（如鸡）通过尾芽中多个管腔的形成和融合实现次级神经管形成，而小鼠则通过髓质玫瑰花结形成和细胞插入持续连接初级与次级神经管。人类胚胎的次级神经管形成介于鸡和小鼠之间。然而，非羊膜脊椎动物的神经管形成模式更为多样，例如非洲爪蟾和斑马鱼沿体轴大部分区域采用次级样机制。现有文献表明，初级神经管形成可能是祖先模式，而次级神经管形成仅在部分脊索动物中有记录，这引出了次级神经管形成何时进化以及为何进化的问题。脊索动物的一个定义特征是形成肛后尾，这一过程需要轴向组织的大幅后部延伸，包括神经管、脊索和轴旁中胚层。尾部延伸的重要机制之一是会聚延伸，细胞间重排导致组织变窄和伸长。在快速延伸的斑马鱼尾芽中，尾部伸长由集体组织流驱动，这要求细胞处于更间充质状态以保持流动性，随后细胞在尾芽前部转变为更固态状态。尾芽间充质细胞的来源被认为是位于后部的祖细胞区，包含表达神经祖细胞标记Sox2和早期中胚层标记T/Bra的双能神经中胚层祖细胞（NMPs）。要将初始间充质尾芽细胞整合入已极化的神经管，需要次级神经管形成机制促进细胞插入神经上皮。基于神经管形成模式在物种间和个体内的多样性与重叠性，研究人员假设次级神经管形成机制的报道分布零散可能反映了对进化树上神经管形成机制研究的不完整，而非这些机制的独立多次进化；相反，次级神经管形成机制可能起源于脊索动物内的一个共同祖先，是对间充质尾芽延伸发展的响应。为验证这一假设，研究人员重新审视了现有文献，比较了已记录的次级神经管形成发育时序与后部尾芽延伸起始时间，并分析了辐鳍鱼纲中Cladistia、Chondrostei和Neopterygii分支的发育中神经管形态。

研究人员采用的主要关键技术方法包括：基于已发表文献的系统综述；利用先前用于非真骨鱼类面部结构发育研究的微型计算机断层扫描（microCT）数据，通过TransformJ Fiji插件进行数字重切片，分析塞内加尔多鳍鱼（Polypterus senegalus）、星鲟（Acipenser ruthenus）和热带雀鳝（Atractosteus tropicus）三个物种的神经组织结构；以及针对星鲟胚胎的固定、石蜡包埋、切片和免疫组织化学（IHC）染色，使用抗ZO-1、抗Sox2和抗增殖细胞核抗原（PCNA）抗体，结合共聚焦显微镜成像和手动核计数分析。

研究结果分为以下几个部分：

**无间充质尾芽的类群仅表现出初级神经管形成。** 半索动物的领索通过类似初级神经管形成的背侧折叠机制形成；棘皮动物的神经索与脊索动物非同源，但存在“神经管样”形成过程。文献综述显示，仅头索动物和尾索动物表现出完全由初级神经管形成构成神经管的证据，这些早期分支脊索动物没有间充质尾芽，尾部延伸通过已分化组织的细胞重排和组织伸长实现。在仅表现出初级神经管形成的分类群中，尾部延伸在缺乏增殖性尾芽间充质细胞群体的情况下发生。

**次级神经管形成的起始与尾芽延伸相关。** 研究人员比较了已知经历次级神经管形成的脊椎动物代表物种中尾芽延伸和次级神经管形成的发育时序，发现两者起始时间呈极强正相关（Pearson相关系数为0.9998，p < 0.0001）。这一相关性不仅在羊膜动物中成立，也适用于斑马鱼、非洲爪蟾和青鳉等次级样神经管形成沿体轴大部分区域发生的物种。

**次级样神经管形成可能存在于整个辐鳍鱼纲。** microCT扫描分析显示，塞内加尔多鳍鱼（Cladistia）和星鲟（Chondrostei）胚胎在前部区域表现出初级神经管形成，尾芽阶段具有明显的未分化区域，提示可能发生次级神经管形成；热带雀斑（Holostei）则从实心神经嵴到极化神经杆再到开放神经管的转变，表明其沿体轴大部分区域通过次级样机制神经管形成。

**星鲟胚胎神经管在神经肠管之前通过初级机制形成。** 星鲟胚胎的横切面显示，从神经板阶段（S20）到尾芽延伸早期（S27），神经管由Sox2阳性假复层神经上皮构成，ZO-1阳性顶端-外侧连接衬于神经管腔。S20胚胎沿前后轴大部分区域存在神经沟或融合中的神经板，S25和S27时神经板已融合为封闭神经管。所有阶段的后部切片均显示存在神经肠管（NEC），这是连接神经管与肠管的临时结构，标志着神经管的后端。

**增殖的Sox2阳性尾芽细胞插入星鲟胚胎延伸中的神经管。** 矢状切片分析显示，在神经板阶段（S20），Sox2阳性核位于神经板和未来NEC位置。到尾芽起始阶段（S25），NEC清晰可见，部分Sox2阳性核出现在NEC后方的尾芽区域。尾芽延伸阶段（S26-S27），明亮Sox2阳性核（更可能为神经命运）定位于尾芽背侧半部并延伸至后部区域。NEC后缘附近的细胞核呈极化形态，而更后方的尾芽细胞核呈圆形，提示间充质状态。增殖分析显示，NEC前后的极化上皮细胞和未极化间充质细胞均具有增殖活性；明亮Sox2阳性核与弱/无Sox2阳性核的增殖率无显著差异。尾长度与尾芽长度呈显著负相关，提示细胞插入分化尾部结构的速度快于尾芽中间充质细胞的增殖速度。

**星鲟胚胎的尾芽神经管形成通过神经祖细胞插入发生，而非从头管腔形成。** ZO-1免疫染色显示，从尾芽起始到延伸阶段，神经管腔逐渐过渡为NEC，最后到达间充质尾芽。在所有阶段中，ZO-1极化均未超出NEC后缘，表明不存在从头极化和初始分离管腔的形成（如鸡胚中那样）。NEC后缘存在ZO-1阳性连接和细胞核聚集，提示尾芽细胞通过MET插入已极化的神经上皮。

讨论部分指出，次级神经管形成机制可能存在于整个脊椎动物亚门，其进化是为了使间充质尾芽中产生的细胞能够整合入已极化的后部脊髓。然而，不同物种间存在多种重叠的细胞机制，如鸡胚通过从头极化形成多个管腔，而星鲟仅通过细胞插入不形成新管腔。研究人员提出，次级神经管形成的共同细胞需求是将初始实心间充质细胞群体转化为中空极化的上皮管。物种间和个体内神经管形成机制的差异可能反映了体轴延伸速率、间充质细胞增殖和MET速率的相对差异，这些差异导致不同的几何约束，从而影响MET的部署方式。例如，鸡胚尾芽较大且持续增殖，可能促使远端细胞从头极化为多个管腔再融合；星鲟尾芽在延伸过程中减小，细胞更接近已极化管后端，可直接插入。物种间次级神经管形成范围（仅尾芽 vs. 整个体轴）的差异可能与MET相对于尾部延伸的时间有关，如斑马鱼在早期发育阶段即快速延伸尾部，许多神经上皮祖细胞尚未完成MET，因此需要次级样机制同时促进延伸和MET。未来研究应比较不同物种间体轴延伸、间充质细胞增殖和细胞极化（MET）的相对时序和速率，并将其与具体的次级神经管形成机制相关联。

研究结论：对现有文献的重新评估表明，在仅表现出初级神经管形成的类群中不存在间充质尾芽，且大多数脊索动物的神经管形成机制尚未被充分研究；在所有已记录案例中，次级神经管形成的发育起始与后部尾芽延伸起始同步。进一步的辐鳍鱼纲研究显示，Holostei沿整个体轴存在次级样神经管形成，Chondrostei和Cladistia沿体轴大部分区域存在初级神经管形成，但在未分化的尾芽区域除外。对星鲟胚胎切片的免疫组织化学分析确认，其神经管前部通过初级神经管形成直至神经肠管；在NEC后方，尾芽背侧半部存在Sox2阳性间充质细胞群体，这些细胞在尾芽延伸阶段增殖并插入延伸中的NEC，没有从头成腔的证据。综上所述，次级神经管形成机制起源于脊椎动物亚门内部，以促成间充质尾芽延伸。研究人员主张在其他脊索动物物种中研究神经管形成的细胞机制，以更好地理解次级样机制变异的起源，并认为这些变异可能是体轴延伸、间充质细胞增殖和细胞极化相对速率差异导致的几何约束不同的结果。