發(fā)布時(shí)間：2026-01-04
2026年1月2日， National Science Review期刊在線發(fā)表題為“Evolutionary convergence and divergence of hippocampal cytoarchitecture between rodents and primates revealed by single-cell spatial transcriptomics”的研究論文。該研究由中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）徐春、孫怡迪研究員和深圳理工大學(xué)曹罡教授領(lǐng)銜的團(tuán)隊(duì)合作完成。該研究通過對獼猴、狨猴和小鼠的海馬腦區(qū)單細(xì)胞空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)的系統(tǒng)性分析，發(fā)現(xiàn)了CA3與CA4亞區(qū)的進(jìn)化趨同性；鑒定了下托亞區(qū)的分層結(jié)構(gòu)與靈長類特有的細(xì)胞類型以及海馬長軸的離子通道基因變化；揭示了嚙齒類與靈長類海馬腦區(qū)結(jié)構(gòu)和細(xì)胞類型的進(jìn)化規(guī)律，從分子與細(xì)胞層面闡明了不同物種的海馬細(xì)胞組成和空間分布模式的差異與共同規(guī)律，為理解海馬腦區(qū)的進(jìn)化與功能提供了分子細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)。
海馬腦區(qū)屬于古皮質(zhì)，是學(xué)習(xí)記憶的核心腦區(qū)，也是認(rèn)知和情緒等功能的重要中樞。海馬腦區(qū)由多種解剖和功能上各具特色的亞區(qū)構(gòu)成，包括齒狀回（dentate gyrus, DG）、阿蒙氏角（cornu ammonis, CA）和下托復(fù)合體（subicular complex）等。然而，不同亞區(qū)內(nèi)具體細(xì)胞類型的基因表達(dá)特征及其精細(xì)的空間分布規(guī)律仍未完全清晰，尤其是靈長類動(dòng)物的海馬腦區(qū)缺乏系統(tǒng)深入的研究。深入研究這些跨物種的差異與共性，對于認(rèn)識理解海馬腦區(qū)的結(jié)構(gòu)、細(xì)胞類型和功能及其進(jìn)化過程具有重要意義。
研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合高分辨率空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)（Stereo-seq）和單核RNA測序（snRNA-seq）以及基于深度學(xué)習(xí)的細(xì)胞識別模型，構(gòu)建了獼猴、狨猴和小鼠三個(gè)物種海馬區(qū)的單細(xì)胞分辨率的空間轉(zhuǎn)錄組圖譜，系統(tǒng)闡明了跨物種的海馬細(xì)胞類型及其空間分布特征。研究從分子與細(xì)胞層面闡明了海馬結(jié)構(gòu)與功能在進(jìn)化過程中的保守性與多樣性，揭示了不同物種間細(xì)胞組成和空間分布模式的差異與共同規(guī)律。
1、靈長類特有的下托層狀結(jié)構(gòu)：研究發(fā)現(xiàn)靈長類（包括獼猴和狨猴）的下托復(fù)合體呈現(xiàn)出明顯的層狀結(jié)構(gòu)，可分為深層、中間層和表層，并在這些層中鑒定出靈長類特有的谷氨酸能細(xì)胞類型，例如優(yōu)先表達(dá)AMPA受體亞基基因GRIA4的“Glu pSUB-int-2”細(xì)胞群。
2、CA3與CA4的進(jìn)化趨同性：跨物種比較顯示小鼠海馬CA3和CA4神經(jīng)元的轉(zhuǎn)錄組特征和電生理特性存在明確差異；但在狨猴和獼猴海馬中，這兩者之間的轉(zhuǎn)錄組差異顯著減弱。這提示從嚙齒類到靈長類的進(jìn)化過程中，海馬CA3和CA4神經(jīng)元的分子細(xì)胞特征趨同，從而導(dǎo)致功能也趨同。
3、GABA能神經(jīng)元種類構(gòu)成的進(jìn)化變化：從小鼠到靈長類再到人類的海馬細(xì)胞中GABA能抑制性神經(jīng)元（VIP細(xì)胞）的比例逐漸升高。這提示靈長類海馬區(qū)的微環(huán)路具有更加精細(xì)復(fù)雜的去抑制調(diào)控功能。此外，靈長類的SST-1細(xì)胞亞型顯著富集到CA3/4區(qū)域。
4、海馬長軸方向的異質(zhì)性：絕大部分谷氨酸能細(xì)胞類型沿海馬長軸方向存在空間分布的偏好性，支持海馬長軸功能異質(zhì)性的假說。另外，CA1區(qū)域的離子通道基因（如HCN1）表達(dá)存在顯著的梯度變化，并得到了基于膜片鉗技術(shù)的離子通道功能驗(yàn)證。
海馬區(qū)結(jié)構(gòu)、細(xì)胞類型和功能的跨物種比較研究。（上）空間轉(zhuǎn)錄組區(qū)域分析揭示靈長類下托的新型右上層狀結(jié)構(gòu)。（中）海馬中GABA能神經(jīng)元比例隨進(jìn)化增加（VIP陽性細(xì)胞在靈長類中明顯增多），并鑒定出高表達(dá)GRIA4的靈長類特有谷氨酸能神經(jīng)元類型（TESPA1為標(biāo)記基因）。（下）沿海馬長軸方向的細(xì)胞分布梯度及HCN1等離子通道基因表達(dá)與CA1神經(jīng)元電生理特性的一致性。
該研究構(gòu)建的獼猴、狨猴和小鼠海馬單細(xì)胞分辨率空間轉(zhuǎn)錄組圖譜，已經(jīng)通過“數(shù)字腦”門戶網(wǎng)站向公眾開放（https://digital-brain.cn/cross-species/hipp/），為進(jìn)一步開展海馬不同亞區(qū)特異性聯(lián)接與功能研究提供了重要的分子與細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)。
該研究由來自中國科學(xué)院腦智卓越中心、深圳先進(jìn)研究院、深圳理工大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、華大研究院、臨港實(shí)驗(yàn)室、瑞典卡羅林斯卡研究所（Karolinska Institute）等多家單位合作完成。論文的共同通訊作者包括中國科學(xué)院腦智卓越中心的徐春和孫怡迪研究員、深圳理工大學(xué)的曹罡教授、腦智卓越中心的孫衍剛、沈志明、劉賜融研究員、臨港實(shí)驗(yàn)室的李澄宇研究員、華大研究院的劉石平研究員和卡羅林斯卡研究所的Jan Mulder教授。論文的共同第一作者包括中國科學(xué)院腦智卓越中心的費(fèi)天一、董宇、王光玲、袁妮妮、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的茍曉娟、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)的張家豪、華大研究院的莊鎮(zhèn)堃和陳鐸元。該研究獲得腦智卓越中心非人靈長類全腦介觀神經(jīng)聯(lián)接圖譜平臺、單細(xì)胞測序平臺、光學(xué)成像平臺和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物房的大力支持。該研究獲得科技部、基金委、中國科學(xué)院、上海市的資助。
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