下丘脑在脊椎动物发源前已经出现

脑图

下丘脑参与了脊椎动物神经内分泌功能的协调，它们的进化起源可以用海鞘的脑图来描述，这种生物相当于原始脊椎动物的祖先。近日，《科学进展》杂志发文称，美国新泽西州普林斯顿大学的Laurence A . Lemaire与一个分子生物学及整合基因组学研究团队合作，利用玻璃海鞘幼体的单细胞转录组原基分布图对其大脑——也被称为感觉脑泡——的神经细胞类型进行了描述。他们的研究结果表明，下丘脑在脊椎动物大脑进化之前便已经出现。

玻璃海鞘的感觉脑泡包含215个神经细胞，其中143个神经元主要负责向控制尾巴的运动神经节传递光、重力和机械信号等感觉信息。在本次研究中，研究人员鉴定了玻璃海鞘的中枢神经系统和外周神经系统的40个t-分布式随机近邻嵌入（t-SNE）细胞簇。在此基础之上，他们识别出了15种不同类型的神经细胞，包括先前已知的冠状细胞（coronet cells）、Eminens神经元和色素细胞。利用神经特异性报告基因，研究小组确定了一系列中转神经元（RNs），包括那些表达加压素和速激肽（FoxP+）的神经元，以及其他表达加压素受体（VPR+）的神经元。其中FoxP+神经元为胆碱能神经元，VPR+神经元为GABA能神经元。此外，研究人员还发现了一种被低估的机械感觉神经元。他们将其重新命名为“开关神经元”，与海鞘幼体中枢神经系统连接体脑图中具有纤毛的大脑中间神经元相对应。

此前，科学家已经发现了冠状细胞与脊椎动物下丘脑的相似之处，因为它们都释放多巴胺来表达多种神经肽（包括神经紧张素样B和促性腺激素释放激素）。不过，他们之前认为这些细胞与非热带鱼的冠状细胞或下丘脑区域有着相似的形态学特征。鱼类的冠状细胞也能够表达黑视素，并检测与日光季节性延长相关的短波长光。这些短波长光可以刺激鱼类释放促甲状腺激素进而触发繁殖，并在之后像其它季节性繁殖动物一样，分泌促性腺激素释放激素。新研究为我们展示了冠状细胞如何作为光感觉细胞行使其功能。除此之外，冠状细胞还会与邻近的神经元如开关神经元和FoxP+中继神经元相互作用。在细胞-细胞联系的基础上，VPR+中继神经元也接收来自开关神经元的输入。

该团队构建了一个假定的感觉回路——以冠状细胞为中心节点，并与开关机械感觉神经元和中继神经元相关。现有的研究以及表达黑视素的事实表明，冠状细胞与脊椎动物的下丘脑同源。随后，研究人员确定了两种与小鼠下丘脑细胞相匹配的海鞘细胞谱系。结合比较转录组分析，他们发现，冠状细胞相关的神经回路包含了与小鼠下丘脑不同区域相关的多类型细胞。这说明，海鞘的简单大脑形态其实包含了复杂的下丘脑原型。

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编译：橘子  审稿：西莫 责编：陈之涵

期刊来源：《科学进展》

期刊编号：2375-2548

原文链接：https://phys.org/news/2021-05-hypothalamus-predates-vertebrates.html

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