大脑是人体最重要和最复杂的器官，它使我们能够感知、思考、记忆和行动。各种脑功能是由神经元之间形成的神经网络负责执行，神经元的胞体和树突负责接收信息，由轴突传递给网络中的下一级神经元。在神经系统发育中，神经元胞体的空间配布（spacing）和树突的分支是建立正确的神经环路的关键事件。神经元迁移完成后，胞体间保持一定距离形成规则的层状结构，同时神经元的树突开始发育形成繁茂的树突树 ^[1]。一个基本规律是神经元自身树突分支在生长中保持一定距离而不会缠绕在一起，这个过程称为自我回避（self-avoidance） ^[2]。人们在果蝇和哺乳动物视网膜中找到了控制感觉神经元胞体空间配布及树突自我回避的基因，但对哺乳动物脑内神经元的相关机制一直缺乏认识。

2023年5月6日，复旦大学丁玉强和同济大学张磊团队在Cell Death & Disease杂志上发表了题为“Overexpression of EphB6 and EphrinB2 controls soma spacing of cortical neurons in a mutual inhibitory way”的文章，揭示了Eph家族成员EphB6在控制大脑皮层神经元胞体空间配布方面发挥重要作用。研究发现EphB6和EphrinB2以相互抑制的方式调控皮层神经元的胞体空间配布，其作用机制可能是通过EphB6和配体EphrinB2功能域之间的顺式相互作用实现。该研究不仅揭示了EphB6/EphrinB2调控皮层神经元胞体空间配布的重要性，也为神经发育相关疾病的潜在机制提供了新的见解  ^[3]。

在有大脑沟回物种中，基底祖细胞扩增与放射状迁移的结合有助于皮层在径向和切向轴上的扩张，并最终导致皮层折叠，这些过程的失败可导致沟回形成异常，如人类无脑回畸形等。该研究团队前期的研究观察到皮层兴奋性神经元表达转录因子Satb2，敲减皮层锥体神经元内的转录因子Satb2引起胞体聚团，同时也导致这些神经元的树突粘附在一起^[4]。这是首次在哺乳动物高级中枢脑中发现的现象（相对于果蝇和小鼠视网膜），表明大脑皮层锥体神经元与感觉神经元在一定程度上类似，树突覆盖范围内没有重合；不同细胞之间排列均匀。这个发现进一步丰富了对Satb2基因功能的认识，但对其下游机制一直缺乏了解，因此阐明Satb2调控的信号通路对于解析神经元发育分子机制和自闭症等发育性脑疾病发生机制具有重要意义。

为了进一步研究Satb2调控神经元胞体空间配布及树突自我回避的分子机制，研究者构建了Satb2条件型基因敲除小鼠。通过RNA测序筛选了对照和Satb2条件型敲除小鼠大脑皮层差异表达基因，研究者发现Eph家族基因变化明显。进一步通过子宫内胚胎电转技术（in utero electroporation，IUE）在野生型小鼠晚期出生的皮层神经元中过表达Eph家族受体之一的EphA7，观察到锥体神经元的胞体聚团和树突自我回避受损的现象，这与Satb2表达下调引起的表型类似。重要的是，Satb2敲减导致的表型可以通过减少皮层EphA7的表达来挽救。ChIP和双荧光素酶报告基因检测表明 Satb2蛋白可直接结合到EphA7基因上的核基质附着区来负向调控EphA7的表达。这些结果表明转录因子Satb2调控皮层神经元胞体空间配布和树突自我回避是由EphA7介导的 ^[5]，因此，EphA7也是鉴定出的调控神经元胞体空间配布及树突自我回避的Satb2的下游分子。

另外，研究者还发现在Satb2 条件型敲除小鼠中，Eph家族另一受体——EphB6在大脑皮层浅层神经元中表达明显下调，但是在皮层浅层神经元中敲减EphB6并没有发现神经元胞体配布、树突分布以及神经元迁移等异常。这些结果提示，EphB6表达下调并不参与Satb2缺失引起的胞体和树突表型。而接下来的研究发现，胚胎电转过表达EphB6导致神经元胞体明显的聚团；作为EphB6的配体，过表达EphrinB2与EphB6过表达的情况类似 ^[3]。以上结果表明，不依赖于Satb2的EphB6或EphrinB2过表达导致皮层神经元胞体空间配布异常。Eph受体和配体在不同细胞的膜上进行反式作用（in trans），在同一膜上进行顺式作用（in cis）。进一步的研究发现，EphB6和EphrinB2同时在一个细胞过表达时，皮层神经元胞体呈现均匀分布，因此，EphB6和EphrinB2之间可能通过顺式作用相互抑制的方式决定了皮层神经元胞体的配布。

      综上所述，该团队以大脑皮层锥体神经元胞体空间配布和树突分支为切入点，综合应用形态学、发育生物学及分子生物学等方法，率先发现转录因子Satb2调控这一重要生物学性质，并利用高通量测序及分析技术，筛选并鉴定出介导Satb2功能的的下游分子——EphA7，同时还发现同样调控锥体神经元胞体空间配布，但不依赖于Satb2调控的EphB6和EphrinB2。这一系列研究不仅揭示了Satb2/Eph/Ephrin在调控皮层神经元胞体空间配布中的重要作用，阐明了锥体神经元胞体空间配布和树突分支的分子机制，而且为研究Satb2相关综合征（Satb2-associated syndrome）及相关脑疾病（如精神分裂症、自闭症等）的发病机理提供理论依据。但是，Eph受体及Ephrin可以介导多种信号转导机制达到不同的效果，且它们的下游通路通常与其它信号通路相互交叉。因此需要进一步寻找Ephs/Ephrins的更多功能并明确其下游通路及激活途径，为Ephs/Ephrins参与的各种脑疾病的发生发展提供更多理论依据。

      论文第一作者为同济大学博士生贺春辉，通讯作者为丁玉强教授和张磊研究员。同济大学章小清教授和复旦大学宋宁宁副研究员也对该研究进行了指导。该研究得到国家自然科学基金委重点项目的支持。

参考文献： 

[1]   Popovitchenko T, Rasin MR. Transcriptional and post-transcriptional mechanisms of the development of neocortical lamination [J]. Front Neuroanat, 2017,11(102.

[2]   Liao CP, Li H, Lee HH, et al. Cell-autonomous regulation of dendrite self-avoidance by the wnt secretory factor mig-14/wntless [J]. Neuron, 2018,98(2):320-334.e326.

[3]   He CH, Song NN, Xie PX, et al. Overexpression of ephb6 and ephrinb2 controls soma spacing of cortical neurons in a mutual inhibitory way [J]. Cell Death Dis, 2023,14(5):309.

[4]   Zhang L, Song N-N, Chen J-Y, et al. Satb2 is required for dendritic arborization and soma spacing in mouse cerebral cortex [J]. Cerebral Cortex, 2012,22(7):1510-1519.

[5]   He CH, Zhang L, Song NN, et al. Satb2 regulates epha7 to control soma spacing and self-avoidance of cortical pyramidal neurons [J]. Cereb Cortex, 2022,32(11):2321-2331.

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