Science | 首次鉴定出成年人类海马体中的增殖神经祖细胞

人类大脑海马体中是否存在成年神经发生，是神经科学领域最具争议的问题之一。大多数关于人类海马体神经发生的研究，都评估了从神经干细胞（NSC），经过中间神经祖细胞（INP）和神经母细胞（NB），到新生神经元的不同阶段的神经发生相关蛋白的存在。多项研究报道了人类海马体齿状回中神经祖细胞相关标志物的免疫组化证据贯穿一生，而其他一些研究则报告称在儿童期之后这些标志物不存在，因此对人类成年期的海马神经发生是否真实存在产生了质疑。

对6个幼年海马体的单细胞核进行单细胞核转录组测序，获得了115,861个细胞核数据。整合分析及批次校正后，基于经典标记物注释了主要细胞类型（图1A和图2）。筛选出表达小鼠海马体神经发生谱系特征基因的Louvain细胞簇，这些细胞簇重新聚类为2个细胞大簇（RBFOX3 for neurons；NES and GFAP for astrocytes/neural stem cells），一个由星形胶质细胞主导，另一个由颗粒神经元主导（图1B）。这些簇通过一系列表达细胞增殖标记物MKI67和/或EOMES的细胞连接在一起（图1C）。在神经发生轨迹中明确了不同细胞发育阶段：INPs和成神经细胞形成独立的细胞簇，而假定的神经干细胞则分散在星形胶质细胞群中——这些细胞共表达NES、PAX6、ASCL1和SOX2。轨迹分析证实了从神经干细胞 (NSC) →INP→NB→immature granule neurons (ImmGN) →GN的轨迹（图1F和G，图2）。

图1 幼年海马体神经细胞发育的谱系特征

整合了幼年人类海马数据集和幼年小鼠海马数据集（图2A）。聚类显示，INPs和成神经细胞比其他人类细胞类型更类似于小鼠，表明人类和小鼠神经源性细胞之间的转录相似性（图2B和图2）。绘制人类和小鼠的神经祖细胞和未成熟神经元来比较物种之间的发生轨迹，获得了人类和小鼠神经的联合发生轨迹（图2C-D）。部分标志物表达模式不同，如小鼠 INP 特异性的 HES6，在人类幼年期 NSC 和 INP 中均表达（图2E-H）。

图2 幼年人类海马体和幼年小鼠神经祖细胞的特征

将机器学习应用于幼年期和成年期海马snRNA-seq数据集，鉴定了总共354个祖细胞（图3A）。鉴定到了神经干细胞NSC，INPs和神经母细胞NB（图3C-G）。为了进一步表征预测的细胞，并比较它们与其他物种神经祖细胞的异同，将人类数据集与已发表的小鼠、猪和恒河猴海马snRNA-seq数据集进行了整合。在所有年龄段发现的人类神经祖细胞与其他物种的神经祖细胞沿着相同的神经发生轨迹组织（图3B-G）。聚类分析表明，人类成年神经干细胞、INPs和成神经细胞与小鼠、猪、恒河猴和人类幼年数据集中的相应细胞类型具有最高的相似性（图3H）。对小鼠、猪、恒河猴和人类细胞的轨迹分析揭示了从神经干细胞，通过INPs和神经母细胞，向颗粒神经元的分化轨迹（图3I-K）。

图3 幼年和成年人类海马体神经祖细胞的存在与特征

传统标志物DCX在单细胞水平特异性不足（21.8%为GABA能神经元，仅22% DCX+细胞共表达成熟标记CALB2）。RNAscope和Xenium技术在成人样本中均检测到具有增殖活性的神经前体细胞（NSC、INPs和神经母细胞）（图4）。这些细胞呈特征性成对或簇状分布，稳定表达NES/EZH2等核心标记，但EOMES/MKI67等基因呈现动态异质性，证实了成人海马存在具有空间组织模式的神经发生过程。

图4 成人海马存在具有空间组织模式的神经发生过程