分化程序主动将神经元锁定于终末分化状态。然而，分化程序在不同神经元谱系中如何运作尚不清楚。

2026年3月30日，北京大学宋艳和李志远共同通讯在PNAS 在线发表题为“Temporal neuronal differentiation programs safeguard neuronal diversity”的研究论文。该研究发现在果蝇中枢神经系统中，先前已充分表征的神经元分化因子特异性表达于晚期出生神经元，而非早期出生神经元，这提示存在一种独特的早期分化程序。作者进一步鉴定出T细胞因子（TCF）与Odd-paired（Opa）/Zic作为该早期分化程序的组成部分，特异性表达于早期出生神经元中，以阻止神经元去分化，其部分机制是通过限制Chinmo的表达实现的。

在分子水平上，TCF通过一种不依赖于Wnt的非经典模式，与Opa形成转录复合物，从而促进神经元分化。综上所述，本研究揭示了果蝇中枢神经系统中早期出生神经元与晚期出生神经元分别受不同分化程序调控。这种定制化的分化机制——即时序分化程序保护其相应的时序身份特化程序——很可能同样存在于哺乳动物大脑的发育过程中。

神经元分化是神经干细胞、中间神经祖细胞或神经前体细胞分化为有丝分裂后神经元的一个基本且关键的过程。神经元的分化状态并非一成不变，而是依赖于分化程序主动锁定于该有丝分裂后状态。此类分化程序的失活会导致神经元去分化和肿瘤发生。例如，当肿瘤抑制因子NF1和p53同时下调时，终末分化的神经元和星形胶质细胞会去分化为神经干细胞样细胞，并在小鼠中诱发胶质瘤。

此类神经元分化程序在无脊椎动物中枢神经系统中同样活跃运行。例如，三个转录因子，包括Pros、Nerfin-1和Lola-N，是确保果蝇中枢神经系统神经元分化的分化程序的主要组成部分。Pros主要通过有丝分裂植入和局部异染色质凝聚促进自我更新基因的转录和表观遗传沉默，从而在神经前体细胞和有丝分裂后神经元中促进神经元分化。Nerfin-1通过抑制自我更新基因和激活分化基因来维持中央脑有丝分裂后神经元的终末分化。由于其在中央脑神经元中与Pros存在功能冗余，尽管Lola-N在中央脑和视叶区域均促进神经元分化，但Lola-N的缺失仅在视叶区域表现出神经元去分化和肿瘤发生的表型。

在无脊椎动物和脊椎动物中，神经元多样性的产生均源于数量有限的神经祖细胞，并依赖于时间和空间模式的整合。时间模式作为一种产生神经元多样性的强大且关键策略，最早在果蝇神经干细胞谱系中被发现并得到深入研究。随着神经干细胞或祖细胞衰老，它们依次表达一系列时间转录因子，在每个特定的时间转录因子表达时间窗内产生具有特定时间身份的神经元后代。控制时间模式的关键分子和基本原理在哺乳动物大脑发育中高度保守，这并不令人意外。然而，在每个特定的时间身份决定时间窗内，神经元分化过程是由通用的还是不同的分化程序所驱动，在很大程度上仍未得到探索。

模式机理图（图片源自PNAS ）

果蝇幼虫中央脑神经干细胞谱系为解决这一问题提供了一个理想的系统。每个果蝇幼虫脑叶的中央脑区域包含约90个I型神经干细胞谱系和8个II型神经干细胞谱系。一个I型神经干细胞通过不对称细胞分裂进行自我更新，并产生一个较小的神经前体细胞，后者仅分裂一次，产生两个有丝分裂后神经元和/或胶质细胞。与I型谱系不同，II型神经干细胞谱系包含过渡扩增型神经祖细胞，它们经历数轮不对称的、自我更新的分裂，产生神经前体细胞，这些前体细胞继而生成有丝分裂后神经元或胶质细胞。这些神经干细胞谱系与哺乳动物神经干细胞谱系共享关键的分子和功能特征，但解剖结构和组成更为简单，且更易于进行遗传操作。此外，果蝇中央脑神经干细胞谱系中每种细胞类型的身份可以通过细胞命运标记物组合及其在谱系内的空间位置来明确判定。更重要的是，中央脑神经干细胞时间模式和细胞命运决定的分子机制已得到充分表征。

T细胞因子是Wnt信号通路的主要效应分子。果蝇中唯一的TCF由pangolin基因编码，而脊椎动物基因组编码四种高度同源的TCF蛋白：TCF1、LEF1、TCF3和TCF4。大多数TCF蛋白含有高迁移率族结构域，该结构域与DNA小沟中的特定序列结合。当Wnt信号通路激活时，β-连环蛋白易位至细胞核，并与TCF形成蛋白质复合物，从而激活Wnt响应基因。值得注意的是，TCF也可以独立于经典Wnt信号通路发挥功能。

转录因子Zic最初在果蝇中被鉴定为Odd-paired，它作为先锋因子调节染色质可及性和胚胎分节。在哺乳动物中，Zic有五个同源物：Zic1至Zic5。Zic1和Zic4的杂合缺失与人类丹迪-沃克畸形相关。此外，研究发现Zic1是能够将成纤维细胞重编程为功能性神经元的三因子鸡尾酒的关键组成部分，这表明Zic在神经发育中可能具有重要作用。本研究揭示，神经元分化并非一个“一刀切”的过程，而是以神经元谱系特异性的方式运行。在中央脑早生和晚生神经元中，两个连续的分化程序对应于两个连续的谱系身份决定程序。转录因子TCF和Opa/Zic形成一个复合物，作为定制的分化程序，特异性地作用于早生神经元，将这些神经元锁定在终末分化状态。

原文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2527895123