Nat Commun｜走路快慢谁说了算？科学家揭秘脊髓里一群“精分”神经元的神秘分工
梅斯医学 · 生活与娱乐
生物谷 2026-09-05 07:50 上海 行走、呼吸、游泳，这些节律性动作对人类和动物而言近乎本能，一个健康成年人日均步行约 7500 步，一生累计行走里程足以环绕地球四圈，这套看似毫不费力的循环动作，背后依靠脊髓内一套极度精密、分工明确的神经环路支撑。 世界卫生组织数据显示，全球每年有 25 万至 50 万人遭遇脊髓损伤，运动节律紊乱、肢体屈伸异常是这类患者最难攻克的后遗症之一。长久以来科研界已知，脊髓内存在一类名为中间神经元的 “中枢管家细胞”，它们承接大脑下达的运动指令、整合四肢传递的本体感觉信号，再将加工后的信号精准输送给支配肌肉的运动神经元。 但这类神经元亚型繁杂、功能高度交织，如同一个人员庞大的综合部门，不同岗位的细胞外观、基础分子特征高度相似，究竟哪类细胞管控行走快慢、哪类负责肢体弯曲伸展，长期以来始终无法精准区分，成为运动神经领域悬而未决的核心难题。 近日，圣犹大儿童研究医院联合科隆大学、哥伦比亚大学等多家机构的科研团队，在 Nature Communications 发表题为 Transcriptomic analysis of spinal V1 interneurons informs their multifunctional role in motor output 的重磅研究， 该工作以小鼠脊髓 V1 抑制性中间神经元为研究核心，借助单细胞核 RNA 测序（snRNA-seq）技术搭建了覆盖小鼠出生至成年的超高分辨率 V1 神经元分子图谱，首次在细胞亚群层面完成两大运动核心功能的解耦，彻底厘清了 V1 神经元内部的功能分工逻辑，也为脊髓损伤、运动功能障碍的靶向修复开辟了全新方向。 研究团队首先依托 INTACT 细胞核标记分选技术，特异性富集 V1 中间神经元的细胞核，对出生当天（P0）、出生后 14 天（P14）、28 天（P28）、56 天（P56）四个关键发育阶段的样本开展高通量测序，最终获得超过 89000 个高质量 V1 细胞核的转录组数据，构建出完整的发育时序分子图谱。 这份图谱清晰呈现两大核心规律： 一方面，V1 神经元的基因表达会随发育阶段发生显著时序变化，出生后前两周转录动态改变最为剧烈，大量参与轴突生长、突触构建的基因表达水平逐步下调，而负责突触信号传递、离子通道调控的基因持续上调，完美匹配小鼠运动环路成熟、自主行走能力完善的生理进程；另一方面，尽管基因表达存在阶段性动态波动，V1 神经元的核心分子分型特征从新生期完整保留至成年，依据标志性转录因子划分的细胞亚型具备稳定、永久的身份属性，不会随成熟发生亚型间的相互转化。 依托这套高清细胞分子 “花名册”，研究团队终于解答了困扰领域十余年的矛盾现象：过去的实验发现，全部敲除小鼠脊髓 V1 神经元后，动物会同时出现两大运动缺陷——节律性行走速度大幅放缓、后肢严重过度屈曲，但受限于技术手段，学界始终无法判断这两种缺陷来自同一类神经元，还是由 V1 群体内不同亚群分别介导。 为拆分两种功能， 研究人员设计了组织特异性基因编辑模型，仅在脊髓区域条件性敲除定义 V1 神经元身份的核心转录因子 En1 ，以此区分 “全部 V1 细胞缺失” 和 “仅 En1 通路受损” 两种情况。 电生理记录离体脊髓的虚拟运动节律、视频运动学捕捉小鼠肢体关节角度的结果显示， En1 条件敲除小鼠的运动振荡频率显著降低，和全部消融 V1 细胞的慢速行走表型完全一致，但小鼠后肢踝、膝关节的屈伸角度完全正常，不存在过度屈曲的问题。 与之形成对照， 特异性消融占 V1 群体半数以上的 V1 Foxp2 亚群，小鼠运动节律速度没有任何改变，直接证明调控行走速度与管控肢体屈伸是两套相互独立、由不同 V1 亚群承载的功能模块。 研究团队进一步比对正常小鼠与 En1 敲除小鼠的 V1 单细胞转录组，锁定了介导运动速度调控的专属细胞亚群： 仅携带 Pou6f2 与 Nr5a2 共表达特征的 V1 Pou6f2 神经元在 En1 缺失后数量大幅衰减，其余 13 类 V1 细胞亚型的丰度、分子特征均未出现明显改变；免疫荧光染色也验证， En1 缺陷小鼠腰椎脊髓中 Pou6f2 + 、Nr5a2 + 神经元占比下降近 40%，其余由 Foxp2、Sp8、Calbindin1（MafA）、Rnf220 标记的四大 V1 主干亚型数量无统计学差异。 该亚型还特异性高表达机械感受离子通道 Piezo2 ，暗示其可接收四肢本体力学信号，以此动态校准运动节律快慢，相当于脊髓环路里专属的 “行走调速开关”；而肢体屈伸平衡功能，则主要由不受 En1 缺失影响的 V1 Foxp2 亚群承担，两类细胞接收脑干不同下行运动核团的调控输入，实现运动速度与肢体姿态的并行独立调控。 除了揭示核心功能细胞，