eLife背靠背 | 复旦大学张壮志/汪昕/何苗团队重定义皮质少突胶质谱系细胞的发育起源

时间：2024年10月1日

来源：复旦大学脑科学研究院

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近期，复旦大学脑科学研究院 / 中山医院张壮志 / 汪昕合作团队和何苗研究团队背靠背发表于 eLife 期刊的最新结果对这一皮质 OPC/OL 发育起源的传统模型提出了挑战

少突胶质细胞（oligodendrocyte，OL）是中枢神经系统中一类重要的大胶质细胞，其主要功能是髓鞘化神经元轴突，加快神经电信号的传导速度。在神经发育过程中，OL及其前体细胞（oligodendrocyte precursor cell，OPC）的出现是一个关键里程碑。目前的主流观点认为大脑皮层中的OPC/OL来自三个不同的发育起源：最早一批起源于内侧神经节隆起（medial ganglionic eminence，MGE）/视前区（preoptic area，POA，又称AEP），第二批起源于外侧神经节隆起（lateral ganglionic eminence，LGE）/尾侧神经节隆起（caudal ganglionic eminence，CGE），第三批则起源于背侧皮质。其中，后两批OPC可持续存活并分化产生皮质中的OL，而起源于MGE/POA的第一批OPC则在出生后很快被竞争性替代。

近期，复旦大学脑科学研究院/中山医院张壮志/汪昕合作团队和何苗研究团队背靠背发表于eLife期刊的最新结果对这一皮质OPC/OL发育起源的传统模型提出了挑战。两个团队分别运用不同技术手段重新检视了胚胎期到出生后早期皮质OPC和成年小鼠皮质OL的发育起源，结果都显示LGE/CGE对于新皮质OPC/OL的贡献十分有限。分别解读如下：

复旦大学脑科学研究院/中山医院张壮志/汪昕团队合作发表“Lateral/caudal ganglionic eminence makes limited contribution to cortical oligodendrocytes”的文章。

研究人员将原位杂交、子宫内胚胎电转与重组酶依赖性命运追踪技术相结合，在胚胎发育期和出生后早期对LGE/CGE神经干细胞产生的子代细胞命运进行了精密追踪，发现其几乎不贡献皮质OPC。首先，通过对OPC标记基因Pdgfra进行原位杂交，研究人员并未观察到胚胎发育期存在由LGE到皮层的Pdgfra阳性OPC迁移流。其次，通过对报告子小鼠进行子宫内胚胎电转Cre荧光标记LGE/CGE神经干细胞，结合标记基因染色追踪其子代细胞命运，研究人员观察到在胚胎晚期和成年纹状体中均有大量荧光标记的神经元、星形胶质细胞和OL，但皮层中则并未发现OL。随后，又通过PiggyBac转座子子宫内胚胎电转荧光标记LGE/CGE神经干细胞，结合标记基因染色追踪其子代细胞命运，在胚胎晚期和出生后10天再次验证了上述结果。与前述结果一致，当研究人员利用Nkx2.1-Cre敲除MGE/POA中的Olig2阻断其产生OPC后，胚胎14.5和16.5天皮质中OPC数量均大幅度减少，提示在此时期LGE/CGE对皮质OPC并无显著贡献。以上结果共同表明LGE/CGE几乎不产生迁移到皮质的OPC。进一步，利用Emx1-Cre和Nkx2.1-Cre共同标记背侧和MGE/POA起源的所有细胞，结合OPC标记基因Sox10染色，研究人员发现出生后10天时绝大多数皮质OPC都已被标记，反向说明了LGE/CGE对皮质OPC的贡献极低。综合以上结果，张壮志/汪昕合作团队明确指出外侧和尾侧神经节隆起（LGE/CGE）几乎不产生皮层OPC，而MGE/POA才是皮层OPC的主要腹侧来源。

图1皮质少突胶质前体细胞（OPCs）发育起源的旧模型与修正后的新模型

复旦大学脑科学研究院/脑功能与脑疾病全国重点实验室何苗课题组发表题为“Embryonic origins of forebrain oligodendrocytes revisited by combinatorial genetic fate mapping”（《组合遗传命运追踪重解析前脑少突胶质细胞的发育起源》）的研究论文。

何苗团队发展了特异高效标记成熟成髓鞘OL的新型Flp小鼠品系（Opalin-Flp），在此基础上建立了多种组合遗传标记命运追踪策略，对成年小鼠不同皮质分区和白质区域中OL的发育组成进行了系统性分析，揭示出不同皮质分区和白质区域中OL的发育组成存在显著差异。在这项研究中，研究人员将Opalin-Flp分别与特异标记MGE/POA神经干细胞的Nkx2.1-Cre和背侧皮质神经干细胞的Emx1-Cre相结合，驱动Cre和Flp共激活的红色荧光报告子进行逻辑取交，对这两个起源的OL进行命运追踪。与此相对，研究人员又将上述三种Flp和Cre品系与Flp激活/Cre失活的红色荧光报告子进行逻辑取补，利用这一全新策略追踪LGE/CGE起源的OL。上述策略解决了既往研究中采用Gsh2-Cre对LGE/CGE进行命运追踪导致背腹侧起源混淆的问题，实现了对不同起源成熟成髓鞘OL的特异标记、精准追踪和系统比较。研究发现，新皮质和胼胝体中的OL主要起源于背侧皮质，LGE/CGE的贡献极小，但其对梨状皮层这一旧皮质区域和前联合的贡献最大；MGE/POA起源的OL对皮质的贡献虽小，但能够长期稳定存在，并具备异于其他起源的空间分布特征，密度从吻侧到尾侧逐渐降低，在体感皮层第四层分布最为集中，并且其对前联合也有较高贡献。这项研究建立了对成熟成髓鞘OL进行谱系追踪的新工具和新策略，并应用这些新技术厘清了前脑OL的空间起源，对传统模型进行了重要修正和补充，为进一步探索不同发育起源OL的生理功能和病理响应提供了关键技术和扎实基础。

图2 前脑少突胶质细胞（OL）起源的经典模型与修正后的新模型

上述两项研究分别从OPC和OL的角度，在不同发育时期、采取不同技术手段，对皮质少突胶质谱系细胞（即OPC和OL）发育起源的传统模型进行了重要修正和补充，提出了更为准确和全面的新模型，为未来进一步探索其发育机制、功能贡献和谱系差异奠定了重要基础。

原文链接：

https://doi.org/10.7554/eLife.94317

https://elifesciences.org/articles/95406

第一篇研究：复旦大学中山医院博士生李佳霖、中医药大学硕士生杨飞鸿、复旦大学脑科学研究院博士生田雨为共同第一作者，王子午、戚大石、杨振纲、宋建钢、丁晶也做出重要贡献。汪昕教授和张壮志副研究员为本文的共同通讯作者。该研究得到了中国科技部、国家自然科学基金和上海市科学技术委员会的大力支持。