人类基因如何影响小鼠大脑体积揭示大脑增大的秘密

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2025-05-20 09:24:19 光明网

科学家发现，将一段人类特有的基因片段插入小鼠体内可以让它们的大脑长得更大。这段基因像“旋钮”一样调控某些基因的表达，通过增加可成为神经元的小鼠细胞的产生，扩大小鼠大脑的外层。这项研究于5月14日发表在《自然》杂志上。

美国加州大学旧金山分校的Katherine Pollard表示，这项研究比以往尝试揭示人类大脑发育遗传机制的研究要深入得多，故事更完整、更具说服力。

人类大脑如何变得如此庞大和复杂一直是个谜。西班牙德尔玛医院医学研究所的Gabriel Santpere Bar指出，自从人类与黑猩猩在进化过程中分道扬镳以来，我们的大脑体积增长了3倍，但仍然没有找到确切的原因。

先前研究表明，“人类加速区”（HARs），即在哺乳动物中普遍保守但在人类与黑猩猩分离后迅速变化的短基因组片段，可能是大脑发育和体积增大的关键因素。然而这些HARs在大脑构建过程中的具体机制尚不清楚。

为了更清晰地描绘这一图景，研究人员聚焦于一个名为HARE5的HAR。在小鼠中，已知这段DNA可以增强Fzd8基因的表达，后者是神经细胞发育和生长的关键基因之一。研究人员比较了HARE5对小鼠、黑猩猩和人类的影响。

当研究人员用人类的HARE5替代活体小鼠的HARE5后，这些小鼠成年后的脑容量比未经过基因改造的小鼠大了6.5%。这种大脑“助推器”在一种名为放射状胶质细胞的神经干细胞中最活跃，最终会分化为神经元和其他脑细胞。人类HARE5促进了这些胶质细胞的分裂和增殖，从而产生了更多的神经元。不过目前还不清楚大脑变大的小鼠是否在认知或记忆方面有所提升。

为了找出人类HARE5与黑猩猩的差异，研究人员确定了其中4个遗传突变，每个突变都能同时增强黑猩猩和人类细胞的增殖能力。

接下来，研究人员在实验室培养皿中制作了微型三维人脑模型，即类器官，以观察HARE5如何影响神经细胞的产生。含有黑猩猩HARE5的类器官所产生的放射状胶质细胞少于含有人类HARE5的类器官，而且细胞发育程度较低。他们还发现，HARE5增强了驱动神经干细胞生长的一个关键信号通路。

Santpere Bar认为，未来的研究应探讨HARE5如何与其他约3000个人类HARs结合及互动，以全面了解它们在人类大脑发育和进化中的角色。这是一个有待深入挖掘的遗传宝库。

目前，Silver团队正在研究不同的HARs是如何协同工作的，有很多不同的机制对造就如今的人类大脑至关重要。

(责任编辑：zx0176)

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