《National Science Review》：Evolutionary convergence and divergence of hippocampal cytoarchitecture between rodents and primates revealed by single-cell spatial transcriptomics
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本研究通过整合Stereo-seq空间转录组和单核RNA测序技术，系统性绘制了猕猴、狨猴和小鼠海马的单细胞分辨率转录组图谱。研究人员揭示了海马亚区分子定义边界，发现灵长类特有的丘脑复合体层状分布谷氨酸能细胞类型，以及从啮齿类到灵长类GABA能神经元组成的进化变化。该研究首次报道了CA3/CA4亚区转录组差异在灵长类中的收敛现象，并证实了CA1神经元离子通道基因沿纵轴的异质性表达规律。这些发现为理解海马进化与功能提供了分子细胞基础，成果发表于《National Science Review》。
海马体作为大脑中负责记忆编码的关键结构，其精巧的细胞构筑如同大自然设计的精密电路板。然而，这片仅占脑体积0.5%的区域却隐藏着令人惊叹的多样性——不同亚区的神经元如何通过基因表达差异实现功能特化？灵长类与啮齿类海马在进化过程中发生了哪些适应性改变？这些科学问题长期困扰着神经科学家。传统解剖学基于细胞形态划分海马亚区的方法犹如通过外观区分手机型号，而现代基因组学技术则能直接解析其"操作系统"的底层代码。
在这项发表于《National Science Review》的研究中，由中国科学院神经科学研究所徐春研究员、孙衍刚研究员等领衔的跨学科团队，联合国内外14个科研机构，构建了首个跨物种海马单细胞空间转录组图谱。研究人员采用高精度Stereo-seq技术（其空间分辨率可达单个细胞水平）结合单核RNA测序（snRNA-seq），对猕猴、狨猴和小鼠的完整海马进行系统性采样，涵盖前-后轴30余个冠状切面。人类海马样本来自瑞典卡罗林斯卡医学院的遗体捐赠计划，所有实验流程均通过伦理审查。通过开发新型生物信息学算法整合多维数据，团队实现了转录组定义细胞类型的空间定位与跨物种比对。
空间转录组定义的海马亚区跨物种保守性
通过无监督聚类分析Stereo-seq数据，研究团队首次建立了分子特征定义的海马亚区分类体系。在猕猴和狨猴海马中，CA2/CA3区域呈现连续的转录组特征（CA2/3-pyr），而小鼠则保持明显分离。尤为重要的是，在灵长类丘脑复合体中发现三层式转录组结构（pSUB-deep, pSUB-int, pSUB-sup），其层状组织模式与大脑皮层相似。这些分子边界在纵轴切面间保持高度一致性（Jaccard相似性系数>0.8），并通过荧光原位杂交（FISH）验证了保守标记基因如CA1亚区的FIBCD1和丘脑的NTS。
细胞类型的空间分布图谱
整合snRNA-seq鉴定的20个细胞亚类（10个谷氨酸能、5个GABA能、5个非神经元细胞）与空间转录组数据，研究揭示了细胞类型的精确空间定位。谷氨酸能神经元呈现严格的区域特异性分布，如表达MAN1A1的CA1神经元和表达RFX3的齿状回（DG）颗粒细胞。灵长类特有的"Glu pSUB-int-2"细胞类型表达独特AMPA受体亚基GRIA4，其与辅助亚基CACNG3的共表达概率显著高于其他细胞类型（猕猴中达67%）。这种分子特征可能赋予该细胞突触传递与可塑性的特殊属性。
CA3/CA4亚区的进化收敛现象
研究首次发现CA3与CA4亚区转录组差异随进化等级提升而减弱：小鼠存在1，342个差异表达基因（DEGs），狨猴降至892个，猕猴仅剩517个。基因表达相关性分析显示，CA3/CA4神经元转录组相似性在猕猴（r=0.89）显著高于小鼠（r=0.72）。电生理实验证实了这一发现：小鼠CA3与CA4神经元在电流注射下的放电频率存在显著差异（双因素方差分析p<0.0001），而狨猴两类神经元兴奋性曲线无统计学差异（p=0.65）。这种功能收敛可能与钠离子通道SCN亚基表达模式改变相关。
GABA能神经元的进化重组
跨物种分析显示GABA能神经元比例从小鼠（18%）到人类（31%）逐步增加。VIP阳性神经元在灵长类中显著富集（人类占比达41%），而PV和SST神经元比例呈相反趋势。空间分布分析发现灵长类特有的"SST-1"细胞类型选择性富集于CA3/4区域，其高表达神经肽Y（NPY）的特征通过FISH在狨猴脑片得到验证。这种细胞类型的空间重排可能反映灵长类海马局部环路调控的复杂性。
纵轴功能异质性的分子基础
研究发现73%的谷氨酸能细胞类型呈现纵轴分布异质性，而非神经元细胞分布均匀。灵长类特有的"Glu pSUB-deep-1"细胞在前部海马富集，而"Glu pSUB-int-2"偏好后部定位。CA1神经元超极化激活环核苷酸门控（HCN）通道亚基HCN1/HCN2表达呈现"U型"纵轴分布，与之对应的膜电导变化（ΔGsag）在猕猴和小鼠脑片记录中均得到验证（单因素方差分析p<0.05）。这种离子通道表达梯度为海马纵轴功能特化提供了分子解释。
本研究通过构建跨物种海马细胞图谱，揭示了灵长类特有的丘脑层状结构、GABA能细胞组成进化规律以及CA3/CA4功能收敛现象。发现的纵轴分子梯度为理解海马功能分区提供了新视角，GRIA4富集细胞类型可能成为精神疾病研究的新靶点。该数据集已通过数字脑平台（
https://digital-brain.cn/cross-species/hipp/ ）开放获取，为神经科学研究提供了重要资源。这些发现不仅深化了对海马进化与功能组织原则的认识，也为相关神经系统疾病的机制研究提供了新线索。
