Cell Mol Life Sci解密产后脊髓神经网络发育！骨骼肌与海绵体平滑肌调控“各有招”
来源：生物谷原创 2025-11-26 11:42
本研究构建脊髓神经网络组织与肌细胞共培养系统，发现骨骼肌细胞和海绵体平滑肌细胞均能促进脊髓神经干细胞向神经元分化且作用有差异，该系统还可快速实现神经对肌肉的调控，为相关研究提供新模型。
脊髓是连接大脑和身体各器官的关键桥梁，它的发育和功能会受到其他器官的相互影响，而脊髓神经网络与肌细胞之间的相互作用，更是关系到神经系统成熟、躯体运动控制以及内脏功能调节的核心环节。但一直以来，学界对骨骼肌细胞和海绵体平滑肌细胞如何调控产后脊髓神经网络发育，还缺乏深入且系统的研究。近日，发表在Cell Mol Life Sci的一项研究针对这一科学问题展开了详细探索，为我们揭开了不同肌细胞与脊髓神经网络互动的神秘面纱。
研究团队以新生大鼠的脊髓神经干细胞为基础，先构建出脊髓神经网络组织（SC-NNT），之后分别让它与骨骼肌细胞（SkMCs）、海绵体平滑肌细胞（CC-SmMCs）建立共培养体系，希望通过这一体系，弄清楚两种肌细胞对产后脊髓神经干细胞分化及SC-NNT形成的具体作用机制。研究第一步是完成各类细胞的培养与鉴定：脊髓神经干细胞能检测到巢蛋白（Nestin）和HoxD9阳性，海绵体平滑肌细胞呈α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）阳性，骨骼肌细胞则表现为肌细胞生成素（MyoG）阳性；通过死细胞染色和CCK-8实验进一步验证，实验所用的所有细胞都保持着高活力，这为后续共培养系统的建立打下了坚实基础。
图1：SC-NNT及共培养系统的构建
在细胞分化的研究中，研究团队通过免疫荧光染色和基因分析，清晰观察到了细胞分化的变化趋势。与单独培养的SC-NNT相比，NN-SmM组（SC-NNT与CC-SmMCs共培养）和NN-SkM组（SC-NNT与SkMCs共培养）里，脊髓神经干细胞分化成神经元的比例明显升高，而星形胶质细胞和少突胶质细胞的比例则显著下降；差异表达基因的聚类热图分析也印证了这一结果，神经元分化相关的基因表达上调，星形胶质细胞和少突胶质细胞分化相关的基因表达则下调，这说明两种肌细胞都能推动脊髓神经干细胞向神经元方向分化，而不是向神经胶质细胞分化。
图2：NN、NN-SmM和NN-SkM组中SC-NSCs的三系分化
为了更深入了解神经元亚型的分化情况，研究团队进一步检测了神经递质相关蛋白的表达。结果发现，在两种肌细胞的共培养组中，胆碱乙酰转移酶（ChAT）、多巴胺β-羟化酶（DβH）、囊泡谷氨酸转运体1（VGluT1）阳性的兴奋性神经元占比，都比对照组更高，而谷氨酸脱羧酶67（GAD67）阳性的抑制性神经元占比则明显降低；其中，CC-SmMCs对脊髓神经干细胞分化为DβH阳性神经元的促进作用更强，SkMCs则在推动神经元轴突延伸方面表现更突出。通过KEGG聚类分析还发现，Ras、PI3K-Akt等信号通路在两个共培养组中都呈上调状态，而且NN-SmM组特有的Wnt、TGF-beta等通路，与NN-SkM组特有的甲状腺激素、ErbB等通路，分别体现了两种肌细胞在调控分子机制上的差异。
图3：共培养7天后NN、NN-SmM和NN-SkM组的神经递质表达
在SC-NNT发育与功能成熟的研究中，差异表达基因热图和GO富集分析显示，与对照组相比，NN-SmM组和NN-SkM组中，与神经元投射、突触形成及生长因子受体相关的基因都呈上调趋势，且两组上调的基因各有侧重；其中NN-SkM组在轴突延伸、兴奋性突触后电位相关基因的上调上更为显著，基因调控网络分析也发现，该组在突触形成、神经元激活等相关通路的基因表达上更具优势。另外，免疫荧光染色结果还显示，共培养组的突触素（SYP）、突触后致密蛋白95（PSD95）等突触标志物表达明显升高，说明突触形成得到了促进；在NN-SkM组中，还观察到了神经肌肉接头样特化结构的形成，通过光遗传学和谷氨酸刺激实验证实，SC-NNT能够实现对SkMCs收缩的调控，而且该组神经元的轴突长度明显比NN-SmM组长。
图4：与不同肌细胞共培养对突触形成和轴突生长的影响
这项研究通过创新构建脊髓神经网络组织与肌细胞的共培养系统，系统阐明了骨骼肌细胞和海绵体平滑肌细胞对产后脊髓神经网络发育的差异化调控机制。它不仅清晰梳理了两种肌细胞在脊髓神经干细胞分化、神经元亚型形成及神经肌肉功能建立中的独特作用，还解决了传统类器官模型功能成熟慢、实验周期长的痛点，该共培养系统能在7天内实现脊髓神经网络对骨骼肌细胞的收缩控制，大幅提升了研究效率。从实际应用角度看，这个模型能为产后神经肌肉疾病（像脑瘫、脊髓性肌萎缩）的机制研究和药物筛选提供全新的体外工具，还能为脊髓损伤修复所需的组织工程神经移植物研发提供重要实验依据。它让我们对脊髓与肌细胞的相互作用有了更深入的认识，也为后续神经肌肉相关疾病的诊疗研究开辟了新的思路。（生物谷Bioon.com）
参考文献：
Yang S, Yu H, Xu J, et al. Neural network tissue and myocytes co-culture system reveals effects of different myocytes on postnatal development of spinal cord neural network. Cell Mol Life Sci. 2025;82(1):378. Published 2025 Oct 30. doi:10.1007/s00018-025-05872-w
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