上海
大脑中含多种多巴胺能神经元（dopamine neuron, DA）亚型，位于中脑腹侧的多巴胺能神经元（midbrain dopaminergic neuron, mDA）分为A8、A9和A10亚型，占整个DA的75%，其中又以A9和A10亚型mDA为主。尽管mDA同起源于中脑腹侧底板区，但其解剖学结构和功能均存在巨大差异。A9亚型mDA主要投射至背侧纹状体调控机体的随意运动，其异常是导致帕金森病的主要原因；而A10亚型mDA则投射至纹状体腹侧区的伏隔核和杏仁核，以及前额叶皮层等较广的范围，调控奖赏、动机、情绪、决策等重要行为，其异常与精神分裂症、抑郁症、焦虑等精神疾病密切相关。利用人多能干细胞（包括人胚胎干细胞和人可诱导多能干细胞）体外分化A9或A10亚型mDA不仅可为上述不同类型脑疾病的致病机制及治疗靶点研究提供精准的人源细胞模型，同时也为此类疾病的细胞替代治疗提供重要的再生细胞资源。
中脑多巴胺能神经元位于中后脑交接处，在脑发育过程中，该细胞的特化受到来自前脑WNT1,中脑峡部FGF8，以及腹侧底板和脊索分泌的SHH等多种信号通路的梯度调控。尽管对于中脑mDA的发育和信号调控通路已相对清晰，但对于不同亚型mDA（A9, A10）在发育过程中何时产生，以及产生的分子调控机制目前尚不清楚，因此，体外分化获得不同亚型mDA仍然是领域内的难题。
复旦大学脑科学研究熊曼团队前期利用梯度WNT/FGF8/SHH阶段性诱导的方法，成功获得人中脑多巴胺神经元A9亚型，并证明A9亚型mDA移植至成年帕金森病模型小鼠中脑黑质部位（内源轴突导向机制已消失）其轴突可精准投射至内源靶标区域-背侧纹状体，重建损伤的黑质-纹状体神经环路，从而显著改善帕金森病模型小鼠的运动功能缺陷（Cell Stem Cell，2021）。基于该分化方法获得的细胞产品正在进行帕金森病细胞替代治疗的I期临床试验。在本研究中，团队人员进一步探究了中脑多巴胺能神经元A10亚型的分化及其潜在应用。
2025 年 8 月 11 日， 复旦大学脑科学研究院熊曼研究员与合作者以封面文章在Cell Stem Cell杂志上发表研究论文Human stem cell-derived A10 dopaminergic neurons specifically integrate into mouse circuitsand improve depression-like behaviors，通过高效分化获得人多巴胺能神经元A10亚型，阐明了其在精神类疾病中的潜在应用。
为探究A10亚型的体外分化，研究团队首先建立了高效的 CRISPR-Cas9 介导的多重基因编辑技术，构建了可追踪A10亚型mDA的报告细胞系和光/化学调控细胞系。研究筛选了人胚胎干细胞分化为A10亚型mDA的候选小分子及其不同组合，发现A10亚型的特化除了需要经典的WNT/FGF8/SHH信号调控外，还需要NOTCH信号通路，GDNF和抗坏血酸（Ascorbic Acid，AA）的共同调控。研究还发现A10亚型的命运特化发生在其前体细胞退出细胞周期后。
单细胞转录组测序和电生理功能检测显示，干细胞分化得到的A10亚型具有与内源A10亚型mDA相似的分子特征和电生理特性。分化得到的人源A10 mDA可共释放谷氨酸，这一特征也与内源A10亚型神经元相似。研究团队进一步将分化获得的人A10亚型原位移植到小鼠中脑VTA脑区或异位移植到小鼠的NAc脑区，发现无论是原位移植还是异位移植的A10多巴胺能神经元亚型其轴突均特异性投射至内源靶标区域-mPFC，NAc，BLA和CeA，提示移植细胞在成年小鼠脑内的特异性环路整合。
图 1
为探究分化获得的A10亚型mDA在精神类疾病治疗中的潜在应用，研究团队通过化学遗传学技术激活移植到NAc脑区的A10亚型神经元，发现小鼠表现为显著的抗焦虑表型。在通过慢性束缚应激建立的抑郁症模型中，通过化学遗传学技术激活移植的A10亚型神经元，显著缓解了小鼠的抑郁样行为。
这一研究为利用人源干细胞分化获得的A10多巴胺能神经元亚型治疗相关疾病或进行精准的药物筛选和疾病机制研究提供了新的策略和细胞来源。
博士生严唯，博士后高琴琴为论文的共同第一作者，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）的陈跃军研究员为共同通讯作者，复旦大学脑科学研究院熊曼研究员为最后通讯作者。
https://doi.org/10.1016/j.stem.2025.07.007
制版人： 十一
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