鸣禽与人类发声回路中GFAP阳性星形胶质细胞的形态分布差异及其进化意义

《Frontiers in Neuroanatomy》：Differential morphology and distribution of GFAP astrocytes in vocal brain circuit in a songbird Southern house wren and humans

本综述通过比较南鹪鹩与人类发声神经回路，首次系统揭示了GFAP（胶质纤维酸性蛋白）与GS（谷氨酰胺合成酶）阳性星形胶质细胞的物种特异性分布规律。研究发现基底神经节在两类物种中均呈现最高细胞密度，人类GFAP+星形胶质细胞主要富集于皮质Ⅰ-Ⅲ层及白质，而鸣禽该类细胞仅局限分布于端脑边界、血管区及基底神经节白质。跨物种单细胞转录组分析进一步验证GLUL（GS基因）在鸣禽端脑星形胶质细胞中广泛表达，与人类形成鲜明对比，为发声学习行为的神经胶质进化机制提供了新视角。

　　

引言

言语与鸣唱在人类和鸟类中表现出显著的平行性。人类言语涉及喉运动皮层（LMC）、感觉运动皮层（SMC）、布罗卡区和韦尼克区以及基底神经节（纹状体），这些区域与鸟类鸣唱控制区（RA、LMAN、HVC）及基底神经节（X区和内侧纹状体）显示收敛的基因表达。虽然星形胶质细胞形态与人类言语相关，但其在鸣唱中的作用仍属未知。

材料与方法

研究采用尼氏染色、GFAP和GS免疫染色及三维共聚焦成像技术，对比分析了健康人类与南鹪鹩发声相关脑区的细胞密度、星形胶质细胞类型及其分布。人类样本包含布罗卡区、LMC、SMC、韦尼克区和纹状体；鸣禽样本聚焦HVC、RA、LMAN和X区等鸣唱控制核团。通过单细胞RNA测序数据集整合，进行跨物种转录组验证。

结果

细胞密度分析显示，人类纹状体与鸣禽X区均呈现最高细胞密度。人类GFAP⁺星形胶质细胞遵循经典皮质分布模式，富集于Ⅰ-Ⅲ层及白质；南鹪鹩该类细胞则局限分布于端脑边界、血管区域及基底神经节白质。形态学分析表明，人类基底神经节星形胶质细胞分支复杂度显著高于鸣禽，即便在标准化脑体积/体重比后仍存在物种特异性差异。GS⁺星形胶质细胞在两类物种端脑中均呈现广泛均匀分布，与GFAP⁺细胞的受限分布形成对比。转录组数据证实鸣禽端脑星形胶质细胞中GFAP表达极低而GLUL表达强劲，人类则同时高表达两种标记物。

讨论

本研究首次揭示了鸣禽与人类发声回路中星形胶质细胞架构的进化差异。GS⁺细胞构成保守的胶质支架，而GFAP⁺细胞则体现物种特异性适应。基底神经节在两类物种发声控制中的核心地位得到胶质细胞证据支持，FPL（外侧前脑束）等白质区域的星形胶质细胞可能通过代谢支持参与鸣唱学习可塑性。研究局限性包括样本量较小、季节性影响因素未完全排除以及非鸣禽对照缺失等。

结论

GS⁺星形胶质细胞构成鸟类与人类共享的发声神经回路基础胶质框架，而GFAP⁺细胞在人类言语回路中的丰度与复杂度提升，反映了发声学习行为中星形胶质细胞的物种特异性专业化进程。