如何制造大脑？新实验颠覆传统认知！

数十年来，许多科学家一直认为，单一类型的起始细胞可分化产生整个大脑。然而，最新实验对这一基本观点提出了挑战，提供了证据表明，形成这一复杂器官并非仅需一种，而是需要两种类型的祖细胞才能完成。该研究还揭示了一种从干细胞高效培育后脑细胞的方法——这一直是一项艰巨的挑战，相关研究成果已发表在《自然·神经科学》期刊上。

这项新研究表明，一类前体细胞会分化形成称为后脑的脑区，该区域对于心跳和呼吸等基本生命活动至关重要。与此同时，另一类前体细胞则会发育出两个结构：前脑——在推理、计划等高级认知功能中发挥核心作用——以及中脑。
“大脑是一个器官，”研究共同作者、来自加利福尼亚州斯坦福大学的发育生物学家凯尔·洛说道。“但它由两个不同的部分构成，这两个部分相互连接并协同工作。”

实际上，并非所有人都认同这项研究关于大脑源自两类互不混合的细胞群的结论。但该研究在某一方面仍广受赞誉——作者们找到了一种高效的方法，能够诱导干细胞分化为后脑的运动神经元细胞，这类细胞有助于调控吞咽等动作。这将有助于针对影响这些细胞的疾病开展研究，包括诸如运动神经元病等致残性神经退行性疾病，该病亦称肌萎缩侧索硬化症（ALS）。

早期研究在小鼠胚胎中鉴定出一种在脑前体细胞中广泛表达的标志性基因。另有研究进一步确定了一种在注定形成大脑前部的前体细胞中表达的基因，以及在注定形成背部的细胞中单独表达的一个基因。然而，这些不同的细胞群体是否已严格确定为各自所标记的脑区，这一点仍不明确。

为了深入探究后脑细胞的胚胎起源，洛及其团队采用组织染色与RNA测序技术，对受孕后7.5天的小鼠胚胎进行了细致分析。果然，他们已能观察到两组彼此互斥的脑前体细胞群。随后，科学家们利用红色荧光标记物对表达脑后部基因的神经前体细胞进行标记，并追踪这些细胞在成熟大脑中的最终归宿。“大脑的后半部分被染成了红色，而前部则没有，”洛表示。

研究团队在人类多能干细胞中开展了独立的实验，这类细胞几乎能够分化为所有类型的成体组织。研究人员诱导这些细胞分别向两种早期脑细胞类型分化，随后通过施加化学信号，检验它们是否已预先决定走向特定的脑区。当给予细胞指示使其分化为前脑和中脑时，其中一种细胞类型能够顺利成熟；然而，当给予其分化为后脑的信号时，这些细胞却拒绝继续发育，洛表示。这一结果表明，细胞的命运已被“锁定”。

最后，研究人员在从猴子、鸡到斑马鱼的广泛物种中寻找这两种双重祖细胞。他们所到之处均发现了两类脑前体细胞——甚至在一种被称为橡果虫的海洋无脊椎动物中也存在。这让洛感到震惊。他指出，人类与橡果虫的共同祖先生活在“5亿多年前，那时超大陆盘古大陆尚未形成。然而，它的发育中的胚胎却与小鼠的胚胎一模一样。”
这项研究挑战了“大脑源自单一类型祖细胞”的传统认知，提出大脑由两类独立祖细胞谱系分别构建，并顺带发现了一种高效培育后脑运动神经元的方法，为ALS等神经退行性疾病研究提供了新工具。
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