《Nature Cell Biology》：Cell atlas of the developing human meninges reveals a dura-like nature of meningiomas
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脊椎动物的中枢神经系统被脑膜（meninges）包裹，脑膜由软脑膜（pia）、蛛网膜（arachnoid）和硬脑膜（dura）层组成。传统上假设蛛网膜是脑膜瘤（meningiomas）——最常见的原发性颅内肿瘤——的起源，但缺乏支持性的分子证据。对于对局部干预
脊椎动物的中枢神经系统被脑膜（meninges）包裹，脑膜由软脑膜（pia）、蛛网膜（arachnoid）和硬脑膜（dura）层组成。传统上假设蛛网膜是脑膜瘤（meningiomas）——最常见的原发性颅内肿瘤——的起源，但缺乏支持性的分子证据。对于对局部干预耐药的脑膜瘤，目前尚无有效的药物治疗，这受到研究人员对其细胞起源认识的限制。为了推进对脑膜瘤生物学的理解，研究人员构建了人类胎儿脑膜在孕后第5–13周（postconceptional weeks 5–13, PCW 5–13）的综合参考单细胞和空间转录组图谱。研究人员发现脑膜各层是同时发育的，并鉴定了一个内层CDH1阳性的硬脑膜层，该层表达与屏障功能一致的紧密连接基因。通过将脑膜瘤与胎儿脑膜进行比较，研究人员表明，在转录水平上，脑膜瘤细胞类似于硬脑膜谱系细胞，并且常见的脑膜瘤驱动基因在硬脑膜谱系中表达。这提出了脑膜瘤可能起源于硬脑膜谱系细胞的假设。
**发育中人类脑膜细胞图谱揭示脑膜瘤的硬脑膜样本质——论文解读**
脊椎动物的中枢神经系统（central nervous system, CNS）由脑膜（meninges）包裹，脑膜由软脑膜（pia）、蛛网膜（arachnoid）和硬脑膜（dura）三层构成。脑膜将大脑固定于颅骨，提供血流供应和免疫保护，并为脑脊液（cerebrospinal fluid, CSF）在大脑周围的循环提供空间。多种中枢神经系统发育缺陷源于脑膜异常，例如FOXC1突变引起的病变。更为关键的是，脑膜是脑膜瘤（meningioma）——最常见的原发性颅内肿瘤——的发源组织。尽管多数脑膜瘤为良性或低级别，但对于对标准干预耐药的更高分级非典型或间变性脑膜瘤，目前仍缺乏有效的药物治疗，部分原因在于对其细胞起源的理解十分有限。传统观点基于组织学和形态学相似性，最早由John Cleland（1864）提出脑膜瘤起源于蛛网膜颗粒，之后Martin Schmidt（1902）和Percival Bailey（1931）等观察到脑膜瘤细胞类似蛛网膜帽细胞（arachnoid cap cells），因此当代学者普遍认同蛛网膜帽细胞起源假说。然而，这一起源仅依据组织学和形态学推断，缺乏分子证据。
在其他肿瘤中，细胞起源已通过其与正常细胞类型的转录相似性进行推断，例如基于单细胞图谱。但脑膜瘤尚未基于其与不同脑膜层细胞的相似性进行描述。近年来虽已有针对小鼠胚胎脑膜成纤维细胞、人类成人硬脑膜以及小鼠和人类软脑膜的初步单细胞研究，但缺乏覆盖人类发育脑膜的综合细胞图谱。肿瘤倾向于劫持发育机制，因此理解脑膜起源和发育的分子决定因素，对于识别脑膜瘤的生长和转化驱动因素至关重要。为此，研究人员构建了孕后第5–13周（postconceptional weeks 5–13, PCW 5–13）人类胎儿脑膜的综合参考图谱，并将其与脑膜瘤数据进行整合比较，以阐明脑膜瘤的细胞起源。
**关键技术方法**：研究人员利用单细胞RNA测序（scRNA-seq）对来自13个供体的16例胎儿脑膜样本（瑞典和英国）进行分析，共获得156,726个高质量细胞；采用基于探针的原位基因表达分析（Xenium，即空间转录组学）对孕6周和9.5周完整胎儿头部切片以及7例脑膜瘤（1例I级，6例III级，来自美国加州大学旧金山分校和瑞典卡罗林斯卡医院）进行空间转录组分析。此外，研究人员整合了已发表的185例脑膜瘤bulk RNA-seq数据和6例脑膜瘤scRNA-seq数据，并应用潜在狄利克雷分配（latent Dirichlet allocation, LDA）主题建模、RNA速率分析（RNA velocity, scVelo）和计算核型分析等方法进行数据解析。
**研究结果**
**综合细胞和空间图谱（Comprehensive cellular and spatial atlas of the developing human meninges）**：研究人员共鉴定出245个聚类，注释为115种细胞类型、105个亚类、45个类和8个超类。最大超类为FOXC1+成纤维细胞，约占数据集的一半；此外还包括PECAM1+内皮细胞、ABCC9+血管周细胞、PTPRC+免疫细胞和ALAS2+红细胞生成细胞。空间转录组验证并定位了由scRNA-seq鉴定的细胞类型，在孕6周时识别出最早的脑膜层——初级脑膜（primary meninx），并在孕9.5周时观察到覆盖端脑的完整脑膜层结构。
**胎儿免疫异质性和B细胞谱系（Fetal immune heterogeneity and B-lineage cells from PCW 5）**：免疫细胞分析揭示了19种髓系和淋巴系细胞类型。巨噬细胞最为丰富，并且软脑膜形成解剖学屏障，小胶质细胞位于脑侧，单核细胞/巨噬细胞位于软脑膜侧。B细胞谱系占免疫细胞的0.3%，在PCW 5即已存在，其转录特征类似于胎儿骨髓中的早期淋巴祖细胞（early lymphoid progenitors, ELP），表明脑膜在孕早期即参与B细胞分化，且比既往报道的肝脏组织早一周出现。
**胎儿脑膜血管和脉络丛（Fetal meningeal vasculature and ChP）**：血管系统分析显示内皮细胞表达典型的动静脉分区基因，RNA速率分析提示血管生成顺序为初级血管丛→尖端细胞→动脉和静脉毛细血管→动脉和小静脉淋巴样细胞。发现FOXQ1特异表达于血脑屏障内皮细胞。空间转录组显示FOXQ1+内皮细胞位于蛛网膜下方并延伸入脑。脉络丛（choroid plexus, ChP）分析鉴定出HTR2C为独特的脉络丛上皮标志物，并发现人类特有的TCF21+成纤维细胞亚群表达免疫相关基因PTPRC和CD38，提示其在血-脑脊液屏障处的免疫监视功能。
**成纤维细胞层发育（Fibroblast layer development in the fetal meninges and head）**：成纤维细胞分析获得71,657个细胞，共29种细胞类型，其中20种属于三层脑膜及其前体。空间数据描绘了孕6周和9.5周成纤维细胞的空间分布，识别出初级脑膜、未来颅骨、骨膜和皮肤等结构。孕6周时LAMC3特异表达于初级脑膜，而FOXC1广泛表达于颅面成纤维细胞，后期才局限于脑膜。
**脑膜层并发发育（The meningeal layers develop concurrently）**：通过层特异性标志物LAMC3（软脑膜）、SLC22A6（蛛网膜）和COL8A1（硬脑膜）的表达分析，发现各脑膜层呈现基因表达梯度，细胞状态呈连续体分布，表明三层脑膜是同步成熟，而非分支谱系。成熟度评分显示成人脑膜基因在孕早期即已表达，且表达水平随发育逐渐增加，软脑膜、蛛网膜和硬脑膜同步成熟。
**鉴定内、外硬脑膜层（Identification of an inner and outer dura layer）**：空间转录组数据识别出硬脑膜存在内层和外层。内层高表达SLC47A1，外层表达MSX2（后者也表达于成骨组织）。组织学显示外层硬脑膜含8–12层成纤维细胞，沉积细胞外基质，而内层为单层细胞。
**内层硬脑膜表达紧密连接基因（The inner dura expresses many tight-junction genes necessary to form a barrier）**：内层硬脑膜与蛛网膜屏障前体共同表达CDH1（E-钙黏蛋白），并表达多种紧密连接、粘附连接和三细胞连接基因，如OCLN、CLDN、JAM、MAGI、TJP、PARD3/PARD6、CDC42、NECTIN、CTNNA/B、AFDN、MARVELD2、MARVELD3、LSR和ILDR2。研究人员据此提出，完整的脑膜屏障由两层CDH1+细胞组成：内层硬脑膜和蛛网膜屏障。
**脑膜瘤是硬脑膜样的（Meningioma tumours are dura-like）**：通过LDA主题模型将胎儿脑膜主题转移至脑膜瘤空间数据，发现软脑膜和蛛网膜主题在脑膜瘤中几乎缺失，而内层硬脑膜、硬脑膜和屏障主题高度活跃。7例脑膜瘤的空间数据以及185例bulk RNA-seq数据均一致显示脑膜瘤细胞呈现硬脑膜样特征，而非传统认为的蛛网膜样。此外，肿瘤细胞表达骨膜、软骨和颅骨标志物，并呈现骨样外观。
**硬脑膜谱系表达脑膜瘤常见突变基因（The dura lineage expresses genes frequently mutated in meningioma）**：对脑膜瘤scRNA-seq数据进行计算核型分析，并收集脑膜瘤中最常突变的20个基因（去除TERT），在正常胎儿和成人脑膜中分析其表达，发现硬脑膜谱系细胞对这些基因的表达水平最高。这一结果独立支持了脑膜瘤可能起源于硬脑膜谱系细胞的假说。
**讨论与结论**：研究人员提出内层硬脑膜细胞可能是脑膜瘤的祖细胞，理由包括：其表达CDH1（脑膜瘤也表达）；定位于脑膜屏障，与此前解剖学证据一致；组织学上类似蛛网膜屏障细胞；在所有脑膜瘤中内层硬脑膜主题最一致地存在；且表达脑膜瘤驱动基因。尽管既往小鼠模型中使用PTGDS标记的原始脑膜细胞生成了脑膜瘤，但研究发现PTGDS并不能区分蛛网膜屏障和内层硬脑膜，因此既往结果可能未能在实验上区分这两类细胞。研究人员也指出研究局限性，如胎儿组织样本数量有限、大部分硬脑膜细胞表达CDH1提示主要捕获了内层硬脑膜、空间转录组分析主要聚焦于III级脑膜瘤等。未来仍需功能实验验证硬脑膜细胞是否能够产生脑膜瘤，以及不同肿瘤亚型可能起源于蛛网膜屏障细胞还是硬脑膜细胞。本研究发表于《Nature Cell Biology》，为理解脑膜发育和脑膜瘤发病机制提供了重要资源，并可能推动针对脑膜瘤的新型治疗策略开发。
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