在神经发育过程中，多能神经干细胞(NSC)依次生成构成整个中枢神经系统的神经元和神经胶质细胞。出生后，这些NSC仅存在于成年哺乳动物大脑的侧脑室的脑室下区(SVZ)和海马的颗粒下区(SGZ)。
与区域受限的NSC相比，无处不在的常驻神经胶质细胞正在成为通过命运重编程生成新神经元的细胞来源。过去研究表明，已经在多个非神经原性区域（例如纹状体、皮层、脊髓和视网膜）中诱导出来自常驻神经胶质细胞的新神经元。然而，功能性神经网络不仅需要神经元，还需要神经胶质，但这种常驻胶质细胞的多谱系重编程仍有待确定。
2022年3月7日，美国德克萨斯州大学西南医学中心的张春立课题组和Gary Hon课题组合作在PNAS上发表了题为“A single factor elicits multilineage reprogramming of astrocytes in the adult mouse striatum”的文章，该研究揭示了单个转录因子DLX2足以将常驻星形胶质细胞重新编程为诱导神经祖细胞(iNPC)。遗传谱系追踪验证了星形胶质细胞的起源并描绘了iNPCs的多重命运，单细胞RNA测序(scRNA-seq)进一步揭示了DLX2介导的重编程过程类似于NSC的神经发生。
DLX2从成年常驻星形胶质细胞中
引发神经发生
首先，作者对可能在成年小鼠纹状体中诱导神经发生的因素进行了一系列的体内筛选，由于小鼠纹状体中大多数神经元是GABA神经元，因此通过在纹状体抓蛇慢病毒表达促进GABA神经元分化的转录因子DLX2等开展研究。
结果显示，DXL2单独表达可以诱导产生DCX+的细胞（DCX是一种在成神经细胞和未成熟神经元中短暂表达但在成人纹状体中不存在的标记物），并且时程分析显示其随着病毒注射后时间延长而增加，并且在注射后第四周达到巅峰。
之后作者进一步利用谱系追踪实验研究新生神经元的来源，结果显示，DCX细胞不是从内院的SVZ迁移而来，而是在纹状体原位产生，并且证实了DCX细胞来自星形胶质细胞重编程。
重编程的星形胶质细胞
成为ASCL1+ NPC
由于在内源性神经发生过程中，ASCL1+NPC先于DCX+细胞，接下来作者通过免疫组织化学和遗传谱系追踪检查了DLX2介导的重编程过程。结果显示，DLX2能够诱导星形胶质细胞重编程为ASCL1 NPC，进一步分化为DCX细胞，并且这个过程是迅速的，在两周内，92.7%的胶质细胞发生了命运转变。
进一步地，作者利用ASCL1谱系追踪小鼠对NPCs分化成成熟神经元进行了检测。结果显示，DLX2诱导产生的NPCs能够分化为GABA神经元，并且在51.00%的NeuN+tdT+神经元中观察到 CTIP2（也称为BCL11B）。
以上结果揭示了DLX2诱导产生DCX细胞的路径是通过将星形胶质细胞重编程为ASCL1 NPC细胞，进一步分化为DCX细胞，并且DCX细胞再次分化为GABA神经元。
星形细胞转化的ASCL1+细胞
是多能的npc
重编程的星形胶质细胞除了成神经细胞和神经元外，作者还注意到DLX2在纹状体中诱导神经胶质样细胞，因此作者在不同时间点对重编程分化的细胞进行分析。
结果显示，在病毒注射后前8周，神经发生与胶质发生的比率为4:1，其中80%的DLX2诱导的tdT+细胞为成神经细胞/神经元，其余20%为神经胶质细胞。到注射后12周，胶质细胞部分大大增加，星形胶质细胞和少突胶质细胞约占DLX2诱导tdT+细胞总数的一半。
DLX2诱导的成年星形胶质细胞
重编程的基因程序和调控网络
为了研究DLX2诱导星形胶质细胞重编程的机制，作者对小鼠的大脑进行单细胞核测序及分析。伪时间分析确定了DLX2介导的四个广泛神经细胞簇在重编程过程中的转录状态轨迹，按星形胶质细胞、慢星形胶质细胞、NPC和成神经细胞的顺序排列。
为了了解这些基因簇的功能相关性，作者对每个簇进行了基因本体（GO）富集分析和转录因子调节（regulons）分析，结果表明不同的基因调控程序，如神经发生、代谢和免疫反应，在DLX2介导的重编程过程中受到协调调控。
在确定转录因子调节子的潜在作用过程中，作者发现DLX家族DLX1、DLX2、DLX5均被激活。进一步实验表明DLX1、DLX2、DLX5均能诱导星形胶质细胞再生，但DLX2诱导的重编程不依赖于DLX1和DLX5的表达，提示DLX2、DLX1、DLX5在重编程过程中发挥冗余作用。
scRNA-seq揭示了重编程
星形胶质细胞的NSC样行为
与内源性的神经生成相似的是，DLX2诱导的细胞命运转变也经历了NPC节段，因此作者进一步检查了其在转录上是否也相似。结果表明，与E18.5小鼠脑单细胞数据进行对比，发现DLX2表达的星形胶质细胞与内源性神经干细胞相似，提示激活的星形胶质细胞具有内源性神经干细胞特性。
为了确定诱导和内源性神经发生之间的差异，作者进行了细胞之间的差异基因表达分析，发现主要的DEG差异是由细胞周期改变和对病毒感染的免疫应答引起的。作者进而对比了成年小鼠海马区神经生成的单细胞数据，结果显示重编程过程与成体神经生成在转录水平也非常吻合。综上结果表明，DLX2诱导的重编程在转录上类似于成人和胚胎阶段的内源性神经发生。
总 结
综上所述，本研究发现DLX2单独表达能够诱导成年小鼠纹状体星形胶质细胞再生为神经元，并且利用谱系追踪技术研究了重编程路径。进一步地，作者结合单细胞测序技术研究了星形胶质细胞重编程转录水平的机制，及关键调控通路和转录因子调节子，并通过与成体海马神经生成的数据作比较，发现在转录水平上存在高度吻合，为成年哺乳动物脑的可塑性提供了新的视角和依据。
参考文献
Zhang Y, Li B, Cananzi S, et al. A single factor elicits multilineage reprogramming of astrocytes in the adult mouse striatum. Proc Natl Acad Sci U S A. 2022;119(11):e2107339119. doi:10.1073/pnas.2107339119
