人脑发育遇障碍？J Adv Res：S6K1缺失干扰人脑发育，引发小头畸形和神经-视网膜谱系异常

人脑发育是个精密调控的复杂过程，细胞增殖、谱系特化、迁移与成熟等任一环节一旦出现紊乱，都可能诱发小头畸形、智力障碍、自闭症等神经发育疾病。mTOR信号通路作为调控细胞生长、翻译及自噬的核心通路，其下游关键分子p70 S6激酶1（S6K1）在小鼠发育中的功能已被广泛研究，但S6K1缺失对人类脑发育的具体影响，此前一直缺乏充分的实验证据。

近日，发表在J Adv Res的一项研究Divergence between neural and retinal lineage specification during human brain development by signal Transduction借助基因工程改造的人胚胎干细胞来源脑类器官模型，首次系统揭示了S6K1在人类脑发育中调控神经与视网膜谱系特化的关键作用，为理解神经发育疾病发病机制提供了新线索。

研究团队借助CRISPR/Cas9技术构建S6K1敲除的人胚胎干细胞系，培育背侧前脑类器官，并结合单细胞RNA测序、ATAC测序等技术，系统探究S6K1在人脑发育中的生物学功能。研究发现，S6K1基因敲除显著损害人背侧前脑类器官的早期发育，胚胎小体在分化1至4周时的尺寸均显著小于野生型，神经玫瑰花结的直径也明显减小，呈现出小头畸形表型。有意思的是，这一表型并非由细胞增殖速率差异导致，而是与神经诱导过程异常直接相关。

 图1：敲除S6K1基因损害脑类器官发育

进一步的单细胞RNA测序分析发现，培养5周的S6K1敲除脑类器官中，出现了野生型中几乎未检测到的视网膜谱系细胞群，包括视网膜祖细胞、视网膜神经节细胞和视网膜色素上皮细胞。POU4F1、PAX6等视网膜标志物基因的表达水平显著上调，而端脑标志物表达明显降低，部分类器官还出现了色素沉着区域，这一现象进一步证实视网膜谱系细胞发生了异常分化。

 图2：S6K1敲除的脑类器官中视网膜谱系细胞异常出现

与此同时，S6K1缺失不仅诱导早期视网膜谱系异常产生，还会导致成熟皮质神经元数量减少。培养至5周时，S6K1敲除类器官中神经元谱系细胞的占比已显著低于野生型；培养至14周时，成熟神经元（包括上层神经元标志物SATB2、深层神经元标志物CTIP2阳性细胞）的比例进一步下降，神经祖细胞的占比则有所升高。同时，S6K1敲除来源的神经元呈现未成熟特征，像树突发育不全、丝状肌动蛋白构成的生长锥受损、微管乙酰化水平降低等，都表明神经元成熟过程受到显著抑制。

 图3：S6K1敲除减少脑类器官中的成熟皮质神经元

伪时间轨迹分析进一步证实，S6K1敲除脑类器官的循环祖细胞会向神经和视网膜两个谱系发生双重特化。原本向皮质神经元分化的祖细胞，在S6K1缺失后偏离既定分化路径，从放射状胶质细胞阶段开始向视网膜谱系分化，形成神经与视网膜谱系的异常分支。

 图4：S6K1敲除使脑类器官发育中向视网膜和皮质神经元双重谱系特化

为探究上述现象的分子机制，研究人员构建了野生型与S6K1敲除细胞共培养的脑类器官，结合ATAC测序结果分析发现，视网膜谱系的异常特化源于S6K1的非细胞自主作用，而神经元成熟障碍则由细胞自主作用介导。研究发现，ephrin-Eph受体信号通路的激活以及E-钙粘蛋白、N-钙粘蛋白等细胞黏附分子表达的改变，正是驱动视网膜谱系异常特化的关键因素，这一通路的异常增强了细胞间的排斥与黏附，促使祖细胞向视网膜谱系分化。

 图5：S6K1在脑发育中通过ephrin信号介导的非细胞自主作用

这项研究首次全面阐明了S6K1在人类脑发育中的核心调控作用，明确其能通过信号转导过程精细调控神经与视网膜谱系的特化。S6K1缺失会引发脑类器官小头畸形，诱导视网膜谱系异常产生，还会通过细胞自主和非细胞自主的双重机制导致成熟皮质神经元减少。该研究不仅填补了S6K1在人类脑发育功能研究中的空白，更为解析mTOR信号通路相关神经发育疾病的病理机制提供了重要实验依据，也为后续开发针对性的神经发育疾病干预策略奠定了理论基础。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Nam KH, Yi SA, Xiao LF, et al. Divergence between neural and retinal lineage specification during human brain development by signal Transduction. J Adv Res. Published online October 22, 2025. doi:10.1016/j.jare.2025.10.034