发布时间：2026-01-04
2026年1月2日， National Science Review期刊在线发表题为“Evolutionary convergence and divergence of hippocampal cytoarchitecture between rodents and primates revealed by single-cell spatial transcriptomics”的研究论文。该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）徐春、孙怡迪研究员和深圳理工大学曹罡教授领衔的团队合作完成。该研究通过对猕猴、狨猴和小鼠的海马脑区单细胞空间转录组学的系统性分析，发现了CA3与CA4亚区的进化趋同性；鉴定了下托亚区的分层结构与灵长类特有的细胞类型以及海马长轴的离子通道基因变化；揭示了啮齿类与灵长类海马脑区结构和细胞类型的进化规律，从分子与细胞层面阐明了不同物种的海马细胞组成和空间分布模式的差异与共同规律，为理解海马脑区的进化与功能提供了分子细胞学基础。
海马脑区属于古皮质，是学习记忆的核心脑区，也是认知和情绪等功能的重要中枢。海马脑区由多种解剖和功能上各具特色的亚区构成，包括齿状回（dentate gyrus, DG）、阿蒙氏角（cornu ammonis, CA）和下托复合体（subicular complex）等。然而，不同亚区内具体细胞类型的基因表达特征及其精细的空间分布规律仍未完全清晰，尤其是灵长类动物的海马脑区缺乏系统深入的研究。深入研究这些跨物种的差异与共性，对于认识理解海马脑区的结构、细胞类型和功能及其进化过程具有重要意义。
研究团队结合高分辨率空间转录组技术（Stereo-seq）和单核RNA测序（snRNA-seq）以及基于深度学习的细胞识别模型，构建了猕猴、狨猴和小鼠三个物种海马区的单细胞分辨率的空间转录组图谱，系统阐明了跨物种的海马细胞类型及其空间分布特征。研究从分子与细胞层面阐明了海马结构与功能在进化过程中的保守性与多样性，揭示了不同物种间细胞组成和空间分布模式的差异与共同规律。
1、灵长类特有的下托层状结构：研究发现灵长类（包括猕猴和狨猴）的下托复合体呈现出明显的层状结构，可分为深层、中间层和表层，并在这些层中鉴定出灵长类特有的谷氨酸能细胞类型，例如优先表达AMPA受体亚基基因GRIA4的“Glu pSUB-int-2”细胞群。
2、CA3与CA4的进化趋同性：跨物种比较显示小鼠海马CA3和CA4神经元的转录组特征和电生理特性存在明确差异；但在狨猴和猕猴海马中，这两者之间的转录组差异显著减弱。这提示从啮齿类到灵长类的进化过程中，海马CA3和CA4神经元的分子细胞特征趋同，从而导致功能也趋同。
3、GABA能神经元种类构成的进化变化：从小鼠到灵长类再到人类的海马细胞中GABA能抑制性神经元（VIP细胞）的比例逐渐升高。这提示灵长类海马区的微环路具有更加精细复杂的去抑制调控功能。此外，灵长类的SST-1细胞亚型显著富集到CA3/4区域。
4、海马长轴方向的异质性：绝大部分谷氨酸能细胞类型沿海马长轴方向存在空间分布的偏好性，支持海马长轴功能异质性的假说。另外，CA1区域的离子通道基因（如HCN1）表达存在显著的梯度变化，并得到了基于膜片钳技术的离子通道功能验证。
海马区结构、细胞类型和功能的跨物种比较研究。（上）空间转录组区域分析揭示灵长类下托的新型右上层状结构。（中）海马中GABA能神经元比例随进化增加（VIP阳性细胞在灵长类中明显增多），并鉴定出高表达GRIA4的灵长类特有谷氨酸能神经元类型（TESPA1为标记基因）。（下）沿海马长轴方向的细胞分布梯度及HCN1等离子通道基因表达与CA1神经元电生理特性的一致性。
该研究构建的猕猴、狨猴和小鼠海马单细胞分辨率空间转录组图谱，已经通过“数字脑”门户网站向公众开放（https://digital-brain.cn/cross-species/hipp/），为进一步开展海马不同亚区特异性联接与功能研究提供了重要的分子与细胞学基础。
该研究由来自中国科学院脑智卓越中心、深圳先进研究院、深圳理工大学、华中农业大学、华南农业大学、华大研究院、临港实验室、瑞典卡罗林斯卡研究所（Karolinska Institute）等多家单位合作完成。论文的共同通讯作者包括中国科学院脑智卓越中心的徐春和孙怡迪研究员、深圳理工大学的曹罡教授、脑智卓越中心的孙衍刚、沈志明、刘赐融研究员、临港实验室的李澄宇研究员、华大研究院的刘石平研究员和卡罗林斯卡研究所的Jan Mulder教授。论文的共同第一作者包括中国科学院脑智卓越中心的费天一、董宇、王光玲、袁妮妮、华中农业大学的苟晓娟、华南农业大学的张家豪、华大研究院的庄镇堃和陈铎元。该研究获得脑智卓越中心非人灵长类全脑介观神经联接图谱平台、单细胞测序平台、光学成像平台和实验动物房的大力支持。该研究获得科技部、基金委、中国科学院、上海市的资助。
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