《SCIENCE ADVANCES》：Oriented cell divisions induce basal progenitors and regulate neural expansion across tissues and species
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本研究通过双敲除GPSM2和SAPCD2基因，首次证实细胞分裂方向重编程可诱导基底祖细胞生成，驱动大脑皮层和视网膜的跨物种扩张。该发现揭示了Hippo通路介导的定向分裂调控机制，为神经发育疾病提供新靶点。
在神经发育领域，一个长期悬而未解的核心问题是：不同脑区乃至不同物种之间，神经系统如何精准调控其大小和细胞组成？传统观点认为，大脑新皮层（neocortex）的扩张与外放射状胶质细胞（outer radial glia, oRGC）的增殖密切相关，这类基底祖细胞（basal progenitor）在人类等脑沟回丰富的物种中尤为发达。然而，这些关键祖细胞的发育起源及其在皮层外神经组织（如视网膜）中的存在与否，始终是未解之谜。
更令人困惑的是，尽管多项研究表明细胞分裂方向（division orientation）可能影响神经祖细胞的命运，但针对单个纺锤体定向调节因子（如GPSM2）的基因敲除研究，仅能引起轻微的细胞命运改变，导致学界对分裂方向在神经发育中的重要性争论不休。此外，由于多数极性蛋白突变会同时影响细胞粘附和极性等多个过程，很难将分裂方向的特异性贡献与其他细胞过程分离开来。
为突破这一瓶颈，本研究团队将目光投向两个关键的纺锤体定向调节因子——GPSM2（G蛋白信号调节因子2）和SAPCD2（抑制性APC域包含蛋白2）。这两个适配蛋白共同调控Gαi-GPSM2-NuMA纺锤体定向复合物，但功能相反：GPSM2促进垂直分裂，而SAPCD2通过抑制GPSM2的顶端定位来促进水平分裂。研究人员推测，同时失活这两个基因可能特异性破坏纺锤体定向机制而不影响组织极性，从而为研究分裂方向在神经扩张中的作用提供理想模型。
关键技术方法包括：构建Gpsm2/Sapcd2双敲除（dKO）小鼠模型；通过免疫荧光染色和3D成像量化纺锤体方向；利用EdU/BrdU双脉冲标记追踪细胞增殖；开展单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析细胞类型变化；进行视网膜电转实验验证YAP1功能；通过免疫共沉淀-质谱联用（IP-MS）鉴定蛋白互作网络；对比分析小鼠、猕猴和人类视网膜发育数据。
GPSM2和SAPCD2是水平分裂的关键调节因子
研究人员发现，在胚胎14.5天（E14.5）的小鼠皮层中，双敲除（dKO）胚胎表现出分裂方向的彻底逆转：与对照组相比，dKO中 oblique（30°-60°）和 vertical（60°-90°）分裂的比例从约20%激增至近90%。更令人惊讶的是，视网膜中也出现类似现象，dKO视网膜中垂直分裂比例从不足10%升至约90%，表明这两个基因在神经上皮中共同维持水平分裂的保守机制。
细胞分裂方向驱动基底祖细胞产生和增殖
通过EdU/pH3双标记实验，团队发现dKO皮层中基底部位的pH3+分裂细胞增加六倍以上，视网膜中更出现本不存在的基底祖细胞。这些细胞失去顶端突触，呈现典型的单极形态，且能持续增殖。重要的是，免疫染色显示顶端极性标记（PAR3、PODXL、ZO1）定位正常，排除组织极性破坏的干扰。
基底祖细胞促进神经组织扩张
成年dKO小鼠表现出明显的组织增生：皮层增厚30%并出现皮质下异位结节；视网膜形成额外的细胞层（extra-NL）和 plexiform层（extra-PL）。细胞计数证实这种增厚源于细胞数量增加，而非组织拉伸。EdU/BrdU双脉冲实验显示约40%视网膜基底祖细胞能持续分裂，贡献于晚期组织扩张。
重编程分裂产生特定细胞类型
免疫染色显示dKO皮层的异位结节富含BRN2+上层神经元和SOX9+星形胶质细胞，而CTIP2+深层神经元减少。视网膜额外层中，无长突细胞（PAX6+）、双极细胞（CHX10+）和神经节细胞（BRN3a+）过度增生，而光感受器细胞（NRL+/ARR3+）减少。时序追踪实验表明分裂方向改变扰乱神经发生时空模式，导致晚期细胞类型过早产生。
scRNA-seq揭示oRGC过度产生
单细胞转录组分析发现dKO皮层出现特异性细胞簇，其表达谱与人类oRGC高度相似：35%的人类oRGC标志基因（如HOPX、PTPRZ1、FABP7）显著上调。该簇细胞数量在dKO中增加3.4倍，且与皮层扩张相关的人类加速进化基因（如PRDM16）同步上调。免疫荧光验证PTPRZ1+/EdU+基底祖细胞增加三倍以上。
分裂方向改变调控Hippo通路
差异表达基因分析显示dKO皮层和视网膜祖细胞中 Hippo通路（24/137个基因）和Notch通路（12/63个基因）显著改变。YAP1/TAZ免疫染色显示其在基底区域核转位增强。视网膜电转实验证实组成型激活YAP1（YAP1-5SA）足以诱导基底祖细胞产生，重现dKO表型。IP-MS发现Hippo调节因子YWHAG/YWHAH在垂直分裂中不对称继承，提示分裂方向通过不对称信号传导调控子代细胞命运。
人类和非人灵长类存在基底分裂
跨物种分析显示，猕猴（DG50）和人类（PCW9-10）视网膜的垂直分裂比例是小鼠的三倍以上，且自然存在基底祖细胞（约4.6%）。人类皮层单细胞数据显示，多个纺锤体定向调节因子（包括SAPCD2和GPSM1）在oRGC出现阶段显著下调，支持"分裂方向重编程驱动神经扩张"的进化保守模型。
这项发表于《SCIENCE ADVANCES》的研究最终确立细胞分裂方向作为神经扩张的保守驱动机制。研究不仅澄清了长期争议的分裂方向功能重要性问题，更揭示其通过Hippo通路调控基底祖细胞产生的分子机制。特别值得注意的是，视网膜基底祖细胞的首次发现，以及人类神经组织中自然存在的分裂方向重编程现象，为理解神经组织大小调控的进化机制提供全新视角。这些发现对皮质发育畸形（如脑回畸形、异位结节）和视网膜增生性疾病的病理机制研究具有重要启示意义。
