Nat Neurosci：你的RNA，聽誰的？哈佛大學團隊揭示生長錐動態RNA調控機制

神經元在大腦發育時，會伸出“觸角”去找到正確的連接目標。這個“觸角”的尖端叫生長錐（GC），它會攜帶特定的RNA指令來指導怎么長、連到哪兒。

基于此，2025年12月29日，哈佛大學Jeffrey D. Macklis?研究團隊在nature neuroscience雜志發表了“Dynamic subtype- and context-specific subcellular RNA regulation in growth cones of developing neurons of the cerebral cortex”揭示了發育中大腦皮層神經元生長錐內動態的、亞型和情境特異性的亞細胞RNA調控。

這項研究聚焦于發育中大腦皮層兩類長距離投射神經元的“生長錐”（軸突前端的導航結構），首次系統比較了它們在不同發育階段生長錐內的局部mRNA組成。研究發現，這些mRNA不僅參與調控軸突生長、靶向連接和突觸形成等關鍵過程，還富集了許多與神經發育障礙和精神疾病相關的基因。作者進一步識別出mRNA 3′非翻譯區中引導其定位到生長錐的特定序列“標簽”并驗證了CPEB4和RBMS1等調控因子在軸突分支和胼胝體環路形成中的重要作用。該工作揭示了神經元如何通過局部mRNA精準控制軸突發育，為理解自閉癥、精神分裂癥等疾病的分子機制提供了新線索，也為其他極性細胞（如神經元以外的細胞）的亞細胞功能研究提供了通用框架。

圖一 皮層投射神經元亞型擁有空間分隔、功能特異的待激活轉錄組

為探究不同類型神經元如何通過亞細胞層面的分子機制構建特異性神經環路，研究人員在兩個發育時間點分別分離了胼胝體投射神經元（CPN）和皮質丘腦投射神經元（CThPN）的GC與胞體，并進行高精度RNA測序。

他們利用熒光標記結合亞細胞分選技術精準獲取發育中小鼠腦內的GC樣本，并通過比對輸入樣本排除環境RNA污染，最終鑒定出CPN中865個、CThPN中624個真正富集于GC的基因。分析發現，這些GC富集基因主要參與蛋白質翻譯和突觸形成等過程；整體上，亞細胞定位（GC vs 胞體）是轉錄組差異的主導因素?？紤]到兩類神經元發育節奏不同（CThPN比CPN早約兩天完成軸突靶向），研究進一步按“發育階段”而非絕對日齡進行比較，結果顯示：同一類型神經元在不同時間點的GC更相似，而不同類型之間的GC差異更大。

腦聲常談建立了多個《動物模型構建與行為評估》交流群，群內分享各種經典和前沿的行為范式，共同交流解決動物實驗中遇到的棘手問題，避坑少走彎路！有需要的老師可以掃碼添加微信進入討論群！

這表明，神經元不僅依賴特定基因，還通過精確的時間調控，將正確的RNA運送到生長錐，從而指導特異性神經環路的形成。

圖二 CPN與CThPN擁有調控軸突導向的特異性生長錐轉錄組

接下來，作者比較了兩種皮層投射神經元（CPN和CThPN）生長錐（GC）中RNA的差異，篩選出509個可比基因，其中 99個在CPN的GC中富集，185 個在 CThPN 中富集。這些差異可能來自兩方面：一是胞體本身的基因表達不同，二是 RNA 被運輸到GC的方式或穩定性存在亞型特異性，后者對許多 GC 特有基因更重要。

值得注意的是，自閉癥和精神分裂癥相關基因在兩類神經元的GC和胞體中都顯著富集，尤其是約三分之一的自閉癥風險基因出現在GC中，提示局部 RNA 調控異?？赡苤苯訁⑴c神經發育障礙。

功能分析還發現：CThPN 的 GC 更多富集與蛋白質合成（如核糖體、翻譯）相關的基因，而CPN的GC則富集調控肌動蛋白骨架和突觸形成的基因（如 WAVE復合物成員Wave1/2、Actr2、Abi1），反映出兩者處于不同發育階段，對局部 RNA 的需求也不同。

圖三 兩種神經元生長錐mRNA共有的CPEB4相關3′UTR特征

研究人員發現，不同類型的皮層投射神經元會將特定的mRNA運送到軸突前端（即生長錐），以支持局部蛋白質合成，從而指導軸突生長和靶向連接。這些mRNA的3′非翻譯區（3′ UTR）通常更長，并富含特定序列（如富含尿嘧啶的CPE元件），可被RNA結合蛋白CPEB4識別。

CPEB4在生長錐中富集，能結合這些mRNA，在未激活狀態下抑制翻譯；當接收到信號（如磷酸化）后轉為啟動翻譯，實現“按需生產”蛋白質。實驗顯示，敲低Cpeb4會減少神經突分支，并暫時延緩胼胝體纖維穿越中線和支配對側皮層的過程，但后期可部分恢復，說明CPEB4主要調控發育時序而非決定命運。

此外，自閉癥相關基因在這些生長錐富集的mRNA中顯著富集，而CPEB4本身也與自閉癥有關，提示這類局部RNA調控機制的異?？赡軈⑴c神經發育障礙。

總結

理解神經元亞型特異性的軸突與生長錐中亞細胞分子機制，及其在不同亞型和環路發育階段中的動態局部調控，有助于從機制上闡明功能特異性神經環路的形成過程以及因發育異常而導致的環路紊亂。在體研究能夠明確環路精確性和復雜性建立過程中的關鍵發育階段。本文所揭示的大腦皮層生長錐中動態、亞型特異且依賴發育情境的亞細胞RNA調控機制，及其在多樣而精準的神經環路構建中的作用，為深入理解神經環路的組織與功能、環路發育異常、疾病風險基因的選擇性易感性，以及神經發育和神經精神疾病的病因學奠定了基礎。

文章來源

https://doi.org/10.1038/s41593-025-02173-0

腦聲小店基于深度科研洞察，專注為動物實驗提供"簡器械·精實驗"解決方案。我們突破高精設備局限，開發手工定制化儀器及配件，通過科研巧思將基礎工具轉化為創新實驗方案。產品涵蓋行為學裝置、操作輔助工具等，使實驗室在保持操作簡效的同時，實現精細化數據采集，助力科研人員以創造性思維發掘簡易儀器的潛在科研價值。