中文题目：人脑皮层纺锤形神经元具有独特的放电特性和转录组特征

期刊名：Nature Communications

发表时间：2026年5月

IF：18.1

作者单位：复旦大学、华中科技大学、上海德济医院等

鲲羽生物提供的产品：Mip-seq靶向空间组技术

样本类型：人脑皮层组织（冷冻切片）

2026年5月，复旦大学舒友生教授团队联合多家科研单位，在《Nature Communications》发表题为《Spindle neurons in human cortex possess distinctive firing properties and transcriptomic signatures》的研究论文。研究综合运用全细胞膜片钳记录、Mip-seq靶向空间组、三维形态重建、单细胞转录组测序等多种技术，首次在单细胞水平上系统揭示，人脑纺锤形神经元（SPNs）不仅是形态特殊的神经元类群，更拥有独特的电生理特性和特异性分子表达指纹。研究证实，SPNs轴突从基底树突而非胞体发出，这赋予其更高的兴奋性和爆发性放电特征；约1/3的SPNs表现出持续性放电——这可能是人类工作记忆等高级认知功能的细胞基础。转录组分析揭示，SPNs内部存在IT型和ET型两个亚群，提示纺锤形形态可能是不同谱系锥体细胞独立进化出的“趋同结构适应”。其中，研究团队利用鲲羽生物自主研发的Mip-seq靶向空间组技术，在人脑皮层组织切片上原位验证了SPNs的分子特征，最终确立了ADRA1A和SULF2为SPN最关键的分子标记。

一、研究背景

纺锤形神经元（SPNs）是一类具有独特纺锤形胞体的特殊神经元，主要存在于人类、类人猿、大象等脑容量较大的物种中，集中分布于前扣带皮层、前脑岛皮层和背外侧前额叶皮层等高级脑区，学界普遍认为其参与高级认知功能和社会情绪处理等关键生命活动。然而长期以来，领域内核心科学问题始终悬而未决：SPNs是否具有独特的电生理特性和转录组身份尚不清楚。此前发现的标记基因（如ADRA1A、SULF2）在SPNs和邻近锥体细胞中均有表达，无法实现特异性区分。因此，SPNs究竟是一个独立的功能细胞类群，还是仅为锥体细胞的形态变异亚型，始终缺乏系统性实验佐证。

二、研究内容

研究者首先在新鲜人脑切片中利用DIC显微镜根据纺锤形胞体、两极发出粗大顶端和基底树突的形态特征，成功识别SPNs。SPNs在颞叶皮层中密度约为1.75个/mm³，常聚集于脑回的嵴部。值得注意的是，本研究发现颞叶SPNs不仅存在于大脑皮层第5层，同样存在于第4层，提示脑区特异性的差异。研究者将SPNs与三种邻近神经元——ET-like PCs（大胞体、粗顶端树突）、IT-like PCs（小胞体）和TRIs（三角形细胞）进行形态比对，明确了各类神经元的形态判别标准。为进一步验证此前报道的SPN候选标记基因的特异性，研究者利用鲲羽生物Mip-seq靶向空间组技术在人脑皮层组织切片上对ADRA1A、SULF2和SLC17A7（兴奋性神经元泛标记，用于勾勒胞体轮廓）的mRNA进行共检测。结果显示ADRA1A和SULF2虽然在SPNs中有表达，但在邻近的ET-PCs中同样高表达，说明这些“候选标记”实际上是ET谱系的泛标记，而非SPN的特异性分子标签。基于此，研究者建立了以形态学为核心、分子标记为辅的SPN识别体系，并进一步结合全细胞膜片钳记录、三维形态重建和单细胞转录组测序（Patch-seq），对各类型神经元展开形态、功能、分子层面的系统性分析。


   

形态学层面，三维重建显示SPNs的近端顶端树突复杂度显著低于ET-like PCs，且具备独特的轴突起源特征，全部轴突均从基底树突干发出，区别于多数锥体细胞的胞体发出模式,造就了SPNs特殊的信号整合与输出机制。

电生理特性方面，绝大多数SPNs（91.1%）归属于爆发性放电的e-type3和e-type4类型，相较于ET样锥体细胞，SPNs输入阻抗更高、兴奋阈值更低，整体兴奋性更强。约1/3的SPNs在短暂刺激后产生远超刺激时长的持续性放电，而ET-like PCs中极少出现，且放电效应可维持约100秒，该活动依赖完整胞内信号通路，可能为工作记忆提供细胞基础。

转录组分子层面，基于高变异基因的UMAP聚类首次揭示SPNs存在明显的转录组异质性，可分为两大亚群：72.7%为ET样亚型、27.3%为IT样亚型。SPNs与ET-PCs的差异最显著， ET型特征基因（SCN4B、SYT2）表达显著下调。相关差异基因主要富集于能量代谢和突触信号传导通路，这可能与其在神经退行性疾病中的选择性易损性相关。两大亚群分子表达特征差异鲜明，IT-SPNs富集大量非编码RNA，ET-SPNs则高表达CACNA1H等蛋白编码基因。研究通过hdWGCNA共表达网络分析和Boruta特征选择算法，最终鉴定出38个基因的SPNs专属分子指纹集，可精准区分SPNs与其他皮层神经元，ADRA1A和SULF2为核心靶标。依托前期的Mip-seq技术的组织原位验证，明确ADRA1A和SULF2的mRNA信号直接定位于具有纺锤形形态的SPN胞体上，从空间层面证实了其作为SPN关键分子标记的可靠性，实现了分子特征与细胞形态的精准对应。

三、研究总结

本研究首次构建了人脑SPNs的“形态-电生理-转录组”全景图谱，确立SPNs作为一个功能独特、分子多样的独立神经元类群的地位。关键发现：SPNs轴突从基底树突发，赋予高兴奋性与持续性放电（关联工作记忆）；SPNs分为IT型和ET型两种转录组亚群，双亚群特征揭示纺锤形形态是不同谱系神经元的趋同进化结果。同时SPNs中下调基因富集于能量代谢和突触信号传导通路，与其在额颞叶痴呆、肌萎缩侧索硬化等疾病中的选择性易损性相呼应。此外，文中利用Mip-seq靶向空间组技术实现人脑组织原位ADRA1A与SULF2的单细胞水平共检测，在完整组织中直接验证了单细胞测序的发现，将分子标记表达与SPNs独特的纺锤形形态在空间上直接对应，最终确立了这两个基因为SPN最关键的分子标记。研究从形态、电生理和分子三个维度首次建立了SPNs的系统性功能图谱，为理解“结构特化—功能特化—疾病易感”这一神经元多样性逻辑提供了范式参考，也为解析灵长类大脑皮层进化与认知功能的细胞基础开辟了新的视角。

鲲羽生物自主研发的空间多组学技术（MiP-seq）技术不仅可运用于单细胞精度空间组学图谱构建，同时可实现多层次生物分子（DNA/RNA/Protein）空间分布的验证。其具有灵敏度高、特异性强、可多重检测以及靶标灵活定制、兼容多种物种组织类型等技术特色，为神经生物学、发育生物学、肿瘤研究等领域研究提供更加灵活、多用的工具。

关于此文章的更多精彩研究内容，可以查阅原文进一步探索。
https://www.nature.com/articles/s41467-026-72935-2