长期以来，人类大脑何以具备独特而复杂的认知能力，以及这些能力在发育过程中如何逐步形成，一直是神经科学关注的核心问题。随着单细胞测序、染色质可及性分析和空间转录组等技术的发展，研究人员得以在前所未有的精细尺度上描绘大脑发育的分子和细胞图景，为理解神经发育及相关疾病提供了新的线索。
近日，北京师范大学、昌平实验室等机构的研究团队对人类与猕猴（macaque）出生后前额叶皮层（prefrontal cortex, PFC）的发育过程进行了系统比较。相关研究成果发表在《Nature Neuroscience》上。研究显示，与猕猴相比，人类前额叶皮层的发育进程显著延长，呈现出更为缓慢而持续的成熟轨迹。
研究团队在论文中指出，解析人类前额叶皮层发育的细胞和分子特征，对于理解人类高级认知功能的形成以及对神经系统和精神障碍的易感性具有重要意义。为此，研究人员构建了一个涵盖基因表达（gene expression）、染色质可及性（chromatin accessibility）和空间转录组（spatial transcriptomics）的比较数据库，在单细胞分辨率下系统描绘了人类与猕猴出生后PFC的发育过程。
在实验设计上，研究人员收集了不同出生后阶段的人类和猕猴前额叶皮层组织样本。其中，人类样本来源于接受外科手术治疗癫痫的儿童患者，在严格伦理审批和临床规范下获取。随后，研究团队对单个细胞的转录组特征及染色质开放状态进行了分析，并结合空间转录组技术，系统刻画了细胞类型的空间分布及其动态变化。
综合分析结果显示，不同物种在神经元与胶质细胞（glial cells）发育轨迹上存在显著差异。研究揭示了多个与突触发生（synaptogenesis）、突触修剪（synaptic pruning）和胶质发生（gliogenesis）相关的关键时间窗口及基因调控网络，且这些过程在人类和猕猴之间呈现出明显的物种特异性（species-specific）特征。
△人类神经元和胶质细胞的共同发育。图片来源：Nature Neuroscience (2025)。DOI：10.1038/s41593-025-02150-7
进一步分析发现，人类前额叶皮层的发育周期明显长于猕猴。尤其值得注意的是，胶质祖细胞（glial progenitors）在人体中表现出更强的增殖能力，并伴随特定的基因表达模式变化。研究人员还鉴定出一系列与人类PFC发育延迟相关的调控因子，并发现某些细胞类型和谱系对神经发育性和神经精神性疾病（neurodevelopmental and neuropsychiatric disorders）尤为敏感，其中部分转录因子呈现出明显的人类特异性表达特征。
研究团队认为，这些结果揭示了人类特有的调控程序，通过神经元与胶质细胞的协同发育，延长了出生后皮层成熟的时间窗口。这一发育特征可能为复杂认知功能的形成提供了生物学基础，同时也可能解释人类在生命早期对多种神经精神障碍更为易感的原因。
研究人员表示，该研究为理解人类大脑发育的分子机制提供了系统性资源，也为进一步解析相关疾病的发生机制奠定了基础。未来，这些发现有望推动针对神经发育性和精神类疾病的预防和干预策略的研究与探索。
参考文献：Jiyao Zhang et al, Single-cell spatiotemporal transcriptomic and chromatin accessibility profiling in developing postnatal human and macaque prefrontal cortex, Nature Neuroscience (2025). DOI: 10.1038/s41593-025-02150-7
编辑：王洪
排版：李丽
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