發布時間：2026-01-04
2026年1月2日， National Science Review期刊在線發表題為“Evolutionary convergence and divergence of hippocampal cytoarchitecture between rodents and primates revealed by single-cell spatial transcriptomics”的研究論文。該研究由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）徐春、孫怡迪研究員和深圳理工大學曹罡教授領銜的團隊合作完成。該研究通過對獼猴、狨猴和小鼠的海馬腦區單細胞空間轉錄組學的系統性分析，發現了CA3與CA4亞區的進化趨同性；鑒定了下托亞區的分層結構與靈長類特有的細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結構和細胞類型的進化規律，從分子與細胞層面闡明了不同物種的海馬細胞組成和空間分布模式的差異與共同規律，為理解海馬腦區的進化與功能提供了分子細胞學基礎。
海馬腦區屬于古皮質，是學習記憶的核心腦區，也是認知和情緒等功能的重要中樞。海馬腦區由多種解剖和功能上各具特色的亞區構成，包括齒狀回（dentate gyrus, DG）、阿蒙氏角（cornu ammonis, CA）和下托復合體（subicular complex）等。然而，不同亞區內具體細胞類型的基因表達特征及其精細的空間分布規律仍未完全清晰，尤其是靈長類動物的海馬腦區缺乏系統深入的研究。深入研究這些跨物種的差異與共性，對于認識理解海馬腦區的結構、細胞類型和功能及其進化過程具有重要意義。
研究團隊結合高分辨率空間轉錄組技術（Stereo-seq）和單核RNA測序（snRNA-seq）以及基于深度學習的細胞識別模型，構建了獼猴、狨猴和小鼠三個物種海馬區的單細胞分辨率的空間轉錄組圖譜，系統闡明了跨物種的海馬細胞類型及其空間分布特征。研究從分子與細胞層面闡明了海馬結構與功能在進化過程中的保守性與多樣性，揭示了不同物種間細胞組成和空間分布模式的差異與共同規律。
1、靈長類特有的下托層狀結構：研究發現靈長類（包括獼猴和狨猴）的下托復合體呈現出明顯的層狀結構，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胞類型，例如優先表達AMPA受體亞基基因GRIA4的“Glu pSUB-int-2”細胞群。
2、CA3與CA4的進化趨同性：跨物種比較顯示小鼠海馬CA3和CA4神經元的轉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，這兩者之間的轉錄組差異顯著減弱。這提示從嚙齒類到靈長類的進化過程中，海馬CA3和CA4神經元的分子細胞特征趨同，從而導致功能也趨同。
3、GABA能神經元種類構成的進化變化：從小鼠到靈長類再到人類的海馬細胞中GABA能抑制性神經元（VIP細胞）的比例逐漸升高。這提示靈長類海馬區的微環路具有更加精細復雜的去抑制調控功能。此外，靈長類的SST-1細胞亞型顯著富集到CA3/4區域。
4、海馬長軸方向的異質性：絕大部分谷氨酸能細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性的假說。另外，CA1區域的離子通道基因（如HCN1）表達存在顯著的梯度變化，并得到了基于膜片鉗技術的離子通道功能驗證。
海馬區結構、細胞類型和功能的跨物種比較研究。（上）空間轉錄組區域分析揭示靈長類下托的新型右上層狀結構。（中）海馬中GABA能神經元比例隨進化增加（VIP陽性細胞在靈長類中明顯增多），并鑒定出高表達GRIA4的靈長類特有谷氨酸能神經元類型（TESPA1為標記基因）。（下）沿海馬長軸方向的細胞分布梯度及HCN1等離子通道基因表達與CA1神經元電生理特性的一致性。
該研究構建的獼猴、狨猴和小鼠海馬單細胞分辨率空間轉錄組圖譜，已經通過“數字腦”門戶網站向公眾開放（https://digital-brain.cn/cross-species/hipp/），為進一步開展海馬不同亞區特異性聯接與功能研究提供了重要的分子與細胞學基礎。
該研究由來自中國科學院腦智卓越中心、深圳先進研究院、深圳理工大學、華中農業大學、華南農業大學、華大研究院、臨港實驗室、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院腦智卓越中心的徐春和孫怡迪研究員、深圳理工大學的曹罡教授、腦智卓越中心的孫衍剛、沈志明、劉賜融研究員、臨港實驗室的李澄宇研究員、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院腦智卓越中心的費天一、董宇、王光玲、袁妮妮、華中農業大學的茍曉娟、華南農業大學的張家豪、華大研究院的莊鎮堃和陳鐸元。該研究獲得腦智卓越中心非人靈長類全腦介觀神經聯接圖譜平臺、單細胞測序平臺、光學成像平臺和實驗動物房的大力支持。該研究獲得科技部、基金委、中國科學院、上海市的資助。
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