Adv Sci | 體內克隆分析揭開少突膠質前體細胞的發育起源與異質性的關係

少突膠質細胞前體細胞（OPC）是組成中樞神經系統最重要的細胞之一，不僅可以分化為少突膠質細胞形成髓鞘，而且可以與神經元直接建立突觸連接，調控神經活動。 OPC也是成年大腦中主要的增殖細胞，對於大腦的正常發育及其功能的正常行使具有不可或缺的作用。 OPC功能異常會造成多種嚴重的中樞神經系統疾病，如脫髓鞘，多發性硬化，自閉症，精神分裂症和腦膠質瘤。儘管已有研究證明OPC在細胞形態、分化能力、電生理特性等方面具有異質性，但這與OPC發育起源之間的關係尚不明確。

2021年8月16日，浙江大學腦科學與腦醫學學院/第二附屬醫院劉沖課題組在Advanced Science雜誌在線發表了題為 In Vivo Clonal Analysis Reveals Development Heterogeneity of Oligodendrocyte Precursor Cells Derived from Distinct Germinal Zones 的研究長文。該研究首次建立了針對OPC譜系的體內克隆分析技術，並利用該技術發現背側和腹側兩種干細胞起源的OPC細胞命運截然不同，證明了發育起源對於OPC細胞命運具有決定作用。

該研究結合基因工程修飾小鼠，胚胎電轉技術和PiggyBac轉座子技術發展了一套全新的細胞特異性的體內克隆分析系統，可以實現在特定發育時間窗口對特定細胞類型進行譜系示踪與單細胞起源的克隆分析。作者通過改變胚胎電轉的電流方向，把轉座子上的DNA序列穩定整合到胚胎期小鼠側腦室不同區域的神經乾細胞中，結合在OPC中特異表達Cre重組酶的NG2-Cre/CreER轉基因小鼠，實現對不同起源OPC及其子代細胞的標記和追踪。

作者分別在群體水平和克隆水平探究背側和腹側起源的OPC在分化、增殖、分佈等細胞行為，發現背側起源的OPC在成年後持續擴增並保持較高的分化比例，而腹側起源的OPC雖然在早期與背側起源的OPC有相似的細胞行為，但成年後逐漸凋亡，至小鼠6個月時基本上已全部消失，且相較於背側起源的OPC，保持更低的分化比例。作者還通過數學建模分析了OPC早期克隆的大小，推斷背側和腹側起源的OPC不同的分裂模式。最後，借助Crispr-Cas9技術，作者在OPC克隆中特異性敲除了NF1基因，逆轉了腹側起源的OPC成年後逐漸凋亡的命運。

綜上所述，該研究通過對不同起源OPC的克隆分析，揭示了OPC發育起源對細胞異質性和細胞命運的決定性作用，並找出了改變腹側起源OPC凋亡命運的關鍵基因，為通過OPC移植治療脫髓鞘疾病提供了新的思路；同時也證明了克隆分析在單細胞水平上研究細胞異質性中的重要性。