大脑皮质发育和进化的基本原理
The Principle of Cortical Development and Evolution
杨振纲1
1复旦大学脑功能和脑疾病全国重点实验室，教育部脑科学前沿中心，脑科学研究院，复旦大学附属中山医院神经内科，上海200032，中国
第一作者：杨振纲
通讯作者：杨振纲
复旦大学脑科学研究院杨振纲教授发表长篇综述《大脑皮质发育和进化的基本原理》。本综述总结了人类大脑皮质放射胶质细胞（神经干细胞）在生物学和进化上的变化，并提出了一个新观点，即驱动大脑皮质发育和进化的核心机制是ERK-BMP7-GLI3R-SHH在放射胶质细胞中所形成的正反馈回路。作者认为这是一个驱动哺乳动物大脑皮质发育-扩张-进化的统一法则。
在文章中，作者还提出了几个关键假设，包括：(1）SHH信号不是灵长类皮质扩张和折叠的关键调节因素；(2）人类皮质放射胶质细胞不可能生成大脑皮质皮质中间神经元；(3）人类特有基因并不是驱动皮质扩张的关键因素。作者希望这篇综述能够对国际同行有所帮助，指导他们研究皮质发育和进化中尚未解决的问题。
大脑皮质放射胶质细胞（RG）的演化和发育是本文的核心，作者详细探讨了哺乳动物皮质进化和扩张的细胞和分子机制，尤其是ERK-BMP7-GLI3R通路在皮质放射胶质细胞中的作用。这一通路通过抑制SHH信号形成正反馈环路，从而驱动皮质进化和扩张。作者指出，皮质放射胶质细胞在进化过程中，ERK信号通过诱导BMP7表达，进一步促进了GLI3R的生成，抑制了SHH信号，从而延长了神经发生的时间，增加了皮质的神经元数量。
此外，文章讨论了不同的基因和信号通路在皮质进化中的作用，尤其是人类皮质放射胶质细胞的独特性。作者强调了FGF-ERK信号在皮质发育中的重要性，FGF信号在早期的胚胎发育过程中对于神经诱导至关重要。随后在维持放射胶质细胞自我更新和诱导BMP7表达等方面继续发挥着关键的作用，从而推动了皮质的扩张和进化。
在结论部分，作者总结了自己在该领域的研究成果，并提出了自己的见解。他认为，通过更好地理解这些核心机制，可以为未来的研究提供新的视角和方法，推动皮质发育和进化研究的进一步发展。
图1 ERK信号驱动哺乳动物大脑皮质的扩张和进化。可能在所有哺乳动物的共同祖先的大脑皮质中（比如一亿年前），在神经发生的开始阶段，已经存在着一部分表达较高水平的磷酸化ERK（pERK）的放射胶质细胞。这些皮质放射胶质细胞中ERK信号的增强促进了BMP7的表达，从而增加了GLI3R的生成并抑制了SHH信号。SHH信号的减少进一步增强了ERK信号。因此，皮质放射胶质细胞中的ERK-BMP7-GLI3R-SHH信号通路形成了一个正反馈环路，这扩大了皮质放射胶质细胞的数量，增加了皮质神经发生的时间，从而驱动了皮质的进化和扩张。作者认为这是一个驱动哺乳动物大脑皮质发育-扩张-进化的统一法则。
综上所述，本文通过详细的文献综述和分析，提出了一个系统的观点，解释了哺乳动物皮质发育和进化的核心机制，并为未来的研究提供了重要的理论基础和研究方向。作者希望这些新的分子机制和研究发现能够激发更多的科学家继续探索大脑皮质的奥秘，进一步揭示大脑的复杂性和进化过程。
关键词：放射胶质细胞；皮质神经发生；皮质胶质发生；皮质扩张；皮质进化；FGF-ERK信号通路；BMP7基因
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https://link.springer.com/article/10.1007/s12264-024-01259-2
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