Cell | 生殖基因ZP2重塑大脑连接|免疫性疾病|小脑|染色质|特异性|生殖基因|神经元|细胞|蛋白

撰文丨易

小脑作为大脑的一个重要组成部分，传统上被认为主要参与运动协调和平衡控制。然而，近年的研究揭示，它在高级认知功能，如注意力、语言和情感处理中也扮演着关键角色。理解人类大脑，特别是小脑，相较于其他灵长类动物的独特之处，是揭示人类认知和行为特殊性进化基础的核心问题。尽管小脑在结构上相对保守，但其在人类中体积的相对扩大提示其功能可能经历了重要的适应性进化。先前的研究多集中于新皮层，而对小脑在人类特异性进化中的分子机制知之甚少。随着单细胞测序技术的发展，大家可以在细胞分辨率上比较不同物种的基因表达和表观遗传调控差异。

近日，耶鲁大学医学院Nenad Sestan在Cell期刊发表题为Human-specific features of the cerebellum and ZP2-regulated synapse development的研究论文，通过构建人类、黑猩猩、恒河猴和狨猴这四个灵长类动物的小脑多组学图谱，首次发现人类小脑中源自生殖系统的基因ZP2被特异性表达，并作为突触抑制因子调节神经连接，这为理解人类大脑的进化独特性及其与认知疾病的相关性提供了新机制。

首先，研究团队通过对人类、黑猩猩、恒河猴和狨猴这四个灵长类动物的成年小脑皮层样本进行配对单细胞核转录组与染色质可及性测序，构建了首个跨物种的小脑单细胞多组学图谱。这一基础图谱揭示了小脑主要细胞类型在灵长类中基本保守，但通过物种间的差异分析，发现人类颗粒细胞的转录组发生了显著变化，其人类特异性上调的基因高度富集于突触形成与功能相关的通路，其中最为突出的是在生殖系统中负责精子识别的蛋白 ——精子受体透明带糖蛋白2（ZP2）及其相互作用网络基因在人类颗粒细胞中特异性高表达。

随后，为了探究ZP2表达的调控机制，研究团队整合染色质可及性数据、进化基因组分析和基因调控网络推断，发现ZP2基因座附近存在人类特异的染色质开放区域，并鉴定出可能驱动其表达的转录因子（如 ZBTB18 ）。进一步的序列分析在ZP2启动子区发现了一个人类特有的单核苷酸变异，该变异可能创建了一个新的转录因子结合位点，这为ZP2在人类小脑中特异性激活提供了潜在的顺式调控基础。

为了验证ZP2在人类小脑中的具体功能，研究团队利用免疫组化进行蛋白定位，发现ZP2蛋白特异性地富集在小脑的突触小球结构周围。进一步的体外共培养实验表明，来自脑桥的苔状纤维输入能够诱导小脑颗粒细胞表达ZP2蛋白，并且这种诱导伴随着突触前蛋白的减少。

其次，为了直接检验ZP2对突触的影响，研究团队在体外培养的小脑神经元中添加重组ZP2蛋白，结果发现ZP2能剂量依赖性地减少突触蛋白凝聚体的数量。利用多电极阵列记录神经元电活动，证实ZP2处理显著降低了神经元的自发放电频率。这些体外效应在更接近生理环境的离体脑片培养和小鼠在体颅内注射实验中得到了进一步验证。

然后，为了在更完整的神经系统背景下评估ZP2的长期作用，团队构建了在颗粒细胞中特异性表达人类ZP2的基因敲入小鼠模型。该模型显示，人类ZP2的表达虽然不改变小脑的整体形态结构，但确实导致了颗粒细胞层内兴奋性和抑制性突触的显著减少，并伴随有小胶质细胞和星形胶质细胞激活标记物的下调，这反映了由突触减少导致的神经活动减弱和胶质细胞参与度降低。最后，研究团队将多组学图谱与疾病遗传学数据整合，进行了系统的疾病风险基因富集分析。

总结而言，本研究通过构建进化多组学图谱发现了人类小脑颗粒细胞在突触相关通路上，特别是ZP2基因的特异性表达；进而通过多层次的实验证实，这个从生殖系统“挪用”而来的基因，受脑桥输入诱导，并通过其蛋白产物作为一种新型的突触限制因子，负向调控小脑突触的形成和神经元的兴奋性，其调控网络中的多个基因与人类神经精神疾病风险相关联，从而为理解人类小脑的功能进化及疾病易感性提供了全新的分子框架。

https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.02.014

制版人：十一

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