人類大腦皮質包含著160億個神經元，它們共同連接神秘的分層的回路，對從我們的行走和說話能力、懷舊感到實現未來的理想等一切的事情負責。在人類進化過程中，大腦皮質擴大了1,000倍，而這一過程發生的機制對科學家們而言卻仍然是個謎題。

現在，來自加州大學舊金山分校的研究人員成功繪制出了人類大腦中一組獨特干細胞的遺傳標志，這些干細胞似乎生成了我們大腦皮質中大多數的神經元。

發表在9月24日《細胞》（Cell）雜志上的新研究發現支持了這一觀點：這些不同尋常的干細胞有可能在靈長類動物大腦顯著的進化擴張中發揮了重要的作用。

加州大學舊金山分校Eli和Edyth Broad再生醫學與干細胞研究中心主任、發育學與干細胞生物學教授Arnold Kriegstein說：“我們想了解讓我們與眾不同的基因遺傳。研究這些早期發育階段是了解我們大腦進化最好的機會。”

由內向外構建大腦

人類腦皮質具有成百上千種不同的細胞類型，宏偉的腦皮質結構一開始時是一層均一的神經干細胞，在幾個月的胚胎發育過程中由內至外構建出了自身。

直到最近，科學家們對于這一過程大多數的認識都是來自對小鼠模式生物的研究。在小鼠中幾乎所有神經元都是由定位在腦室區（VZ）、稱作為腦室放射狀膠質細胞（vRG）的干細胞生成。但最近的一些研究表明，或許有其他因素參與了人類大腦皮質的發育。

2010年，Kriegstein在人類大腦中發現了一種新型的神經干細胞，由于這些細胞遠離提供營養物的腦室，定位在腦室下區(oSVZ)的外層，被稱作為是外層放射狀膠質細胞(oRGs)。讓研究人員吃驚的是，進一步的研究揭示在人類腦皮質發育的高峰期，大多數的神經元都是在oSVZ而非熟悉的VZ中生成。

oRG干細胞在小鼠中極為罕見，但在靈長類動物中常見，其樣子和行為與熟知的腦室放射狀膠質細胞有很大的不同。這一研究發現使得Kriegstein和同事們不禁懷疑，這組不同尋常的干細胞有可能是了解讓靈長類動物大腦生長至龐大的體積及如此復雜的機制的關鍵。

論文的共同主要作者、Kriegstein實驗室的博士后Alex Pollen說：“我們想更多地了解這兩種不同的干細胞群之間的差異。我們預計oRGs是人類大腦皮質發育一個主要的貢獻者，但起初我們只有間接證據表明這些細胞生成了神經元。”

外層細胞生成了自身的微環境

在新研究中，Pollen和共同第一作者、Kriegstein實驗室博士后研究人員Tomasz Nowakowski與Fluidigm公司合作，開發出了一種微流體方法來繪制在胚胎發育過程中收集自VZ和SVZ的細胞的轉錄圖譜。

他們鑒別了不同神經元類型：新生神經祖細胞和放射狀膠質細胞典型的基因表達譜，以及區分oRGs和vRGs分子標記物，使得研究人員能夠分離出這些細胞開展進一步的研究。這些基因活性圖譜還提供了有關外層放射狀膠質細胞的一些新見解。例如，以往研究人員一直困惑遠離提供營養物的VZ，ORG細胞能夠維持其增殖活力的機制。“在小鼠中，隨著細胞遠離腦室，它們會喪失分化為神經元的能力，”Kriegstein說。

但新數據表明ORGs自帶支援小組：這些細胞表達的基因編碼了一些表面標記物和分子信號，增強了它們自身的增殖能力。

Pollen說：“這是它們生物學中一個驚人的新特征。它們生成了自己的干細胞微環境。”

研究人員利用他們的新分子見解第一次從培養物中分離出了ORGs，證實這些細胞是多產的神經元工廠。相比于小鼠VRGs在大腦發育過程中生成10-100個子細胞，一個人類ORG可以生成數千個神經元子細胞和膠質細胞——人們日益認識到這些非神經元腦細胞負責了大腦中各種各樣的維持功能。

關于腦進化，發育和疾病的一些新見解

發現人類ORGs自我更新微環境及顯著的增殖能力進一步強化了這一觀點：這些細胞或許對我們靈長類祖先腦皮質擴張負責。

該研究還為大大改善在培養皿中培育腦回路，反映大腦真實多樣性的技術提供了一個機會。這樣的技術有潛力推動對小頭畸形、無腦回、自閉癥和精神分裂癥等神經發育和神經精神系統疾病起源的研究，人們認為這些疾病影響了并不存在于研究小鼠模型中的細胞類型。

研究結果甚至還可能會對研究膠質母細胞瘤產生影響，這種常見的腦癌具有生長、遷移和侵入大腦血液供應的能力，其似乎依賴了與這些神經干細胞中發現的相似的基因活性模式。

Kriegstein說：“人類和小鼠的大腦皮質如此的不同。如果你對我們大腦的進化機制或是大腦皮質疾病感興趣，這真是一個令人興奮的研究發現。”

Kriegstein說：“目前，我們根本還沒有很好地了解大腦的‘零件表’。而像這類的研究開始為我們提供了大腦構建的真正藍圖。”