上亿脑细胞中 怎样才能找到想研究的那一种?

人的大脑由数量庞大、种类多样的神经元和胶质细胞组成。即使同样被称为“神经元”,不同细胞的来源、所在位置、连接对象和功能也可能完全不同。

这给神经科学研究带来了一个很基础、却并不简单的问题:

如果我们想研究某一种特定的神经细胞,怎样才能准确地把它找出来?

找到之后,又怎样只改变这群细胞,而尽量不影响旁边那些看起来很像的细胞?

这正是组合遗传想解决的问题。

1、一个标签不够,那就多看几个“身份信息”

过去研究神经细胞,一个常见思路是寻找某个具有代表性的基因标志物,再利用遗传工具把表达这个标志物的细胞标记出来。

问题在于,一种基因往往不只存在于一种细胞中。

这有点像在人群中寻找一个人。如果只知道“戴眼镜”,可能一下子找到几百个人;但如果进一步加入年龄、所在地点、职业等信息,范围就会越来越小。

神经细胞也是如此。

一群细胞可以同时从分子标志、发育来源、出生时间、所在脑区、轴突投射方向等多个维度来定义。把不同信息组合起来,就有机会比单一标志更加精准地识别某一类细胞。

复旦大学脑科学研究院何苗教授长期从事神经细胞多样性与神经环路的遗传解析。早在2016年,她与合作者就在Neuron系统展示了组合遗传和病毒工具在皮层GABA能神经元中的应用(DOI: 10.1016/j.neuron.2016.08.021):通过组合不同遗传驱动系统和病毒工具,可以根据细胞的谱系、出生时间、分子标志和解剖特征,更精细地定位不同神经细胞亚群。

2、不只是“看见”,还要知道它到底做了什么

但把细胞标出来只是第一步。

研究神经环路,我们最终往往还想进一步追问:这类细胞从哪里来?连接到哪里?在什么时候发挥作用?某个基因在这类细胞中究竟有什么功能?

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这就需要研究者不仅能够识别细胞,还能在特定细胞和特定时间窗口内进行遗传调控。

何苗团队随后发展了可以进行条件性基因失活和原位恢复的遗传策略。简单来说,就是让研究者有机会在特定条件下把一个基因“关掉”,再将它“恢复”,观察细胞和动物表型随之发生什么变化。团队曾利用这一策略研究Mecp2及Rett综合征相关问题(DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1044-20.2020)。

这种思路的重要之处在于,它让研究不再只停留在“某类细胞和某种现象有关”,而能够进一步测试具体细胞、具体基因和具体功能之间的因果关系。

3、工具做得更细,过去的问题也可能得到新的答案

更精准的遗传工具,有时还会让一些研究多年的问题被重新审视。

2024年,何苗团队利用组合遗传命运示踪重新研究了前脑少突胶质细胞的胚胎来源。通过“交集”和“排除”等不同遗传策略,研究团队区分来自不同发育区域的细胞,结果对皮层和白质少突胶质细胞来源的传统认识进行了修正(DOI: 10.7554/eLife.95406)。

在乳头体神经环路研究中,团队也持续把“细胞类型”与“环路连接”和“功能”结合起来。2025年发表于Molecular Psychiatry的研究进一步区分了内侧乳头体中的两类主要神经元,并发现它们形成相对分离的子环路,表现出不同的输入、输出及功能特征(DOI: 10.1038/s41380-025-03079-w)。

这些工作的共同逻辑其实很清楚:

先把细胞分得更准确,再沿着这些细胞去追踪发育、连接和功能。

而这也是何苗教授此次报告“组合遗传解析神经细胞谱系、类型与神经环路”希望介绍的核心思路。

4、9月17日晚,听何苗教授讲讲“怎样找对细胞”

2026年9月17日19:00,何苗教授将围绕组合遗传策略展开分享。

她将介绍课题组如何发展多种转基因工具,通过细胞的多方面特征进行组合标记和可逆条件基因调控,更加特异地识别、标记和调控不同神经细胞谱系与类型,并进一步应用这些工具研究皮层和乳头体神经环路的发育、连接、功能以及相关疾病。

何苗教授现任中国神经科学学会理事、神经干细胞和组织工程分会秘书长、上海市神经科学学会副理事长。其团队长期围绕神经环路的遗传解析开展研究,相关成果发表于Neuron、Molecular Psychiatry、Cell Reports、eLife等期刊。

如果你对神经发育、神经环路、神经细胞分型、胶质细胞、动物模型或遗传工具开发等相关研究感兴趣,或者正在从事相关研究,这场分享尤其值得关注。

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