与非人灵长类动物（NHPs）及其他哺乳动物相比，人类展现出更卓越的认知能力 。前额叶皮层（PFC）作为支撑这些高级功能的核心脑区，其许多特性被认为具有人类独有性。人类前额叶皮层的发育是一个高度复杂的过程，从胚胎期持续至成年期，依赖于严格调控的空间与时间基因表达。解析人类前额叶皮层（PFC）发育的细胞与分子特征，对于理解人类认知能力及神经精神疾病易感性至关重要。

2025年12月11日，北京师范大学IDG/麦戈文脑科学研究院吴倩教授、钟穗娟研究员及北京大学第一医院蔡立新教授合作团队在Nature Neuroscience上发表了题为“Single-cell spatiotemporal transcriptomic and chromatin accessibility profiling in developing postnatal human and macaque prefrontal cortex”的文章，该文使用10x Genomics Chromium单细胞3’基因表达+单细胞ATAC染色质可及性分析+Xenium空间原位分析三种技术，通过整合单细胞多组学技术，首次构建了人类与猕猴出生后前额叶皮层（PFC）发育的高分辨率时空图谱。该研究构建了一个比较性基因表达、染色质可及性及空间转录组学数据库，以单细胞分辨率记录了人类与食蟹猴出生后PFC的发育过程。通过整合分析，研究人员勾勒出不同细胞类型在物种特异性动态轨迹中的关键窗口期及基因调控网络，为相关研究提供了重要线索。

本研究系统性使用了10x Genomics的三个技术平台的产品：

1. 单细胞核RNA测序（snRNA-seq）

所用产品：10x Genomics Chromium Single Cell 3' Reagent Kit（v3.1）

以单细胞分辨率捕获单个细胞基因表达谱，解析了基因表达特征，避免了组织水平测序的 “平均效应”，精准捕获稀有细胞亚型（如人类特异性 APC-2 胶质前体细胞）的特征，挖掘出传统方法难以发现的细微差异。

2.单细胞核ATAC测序（snATAC-seq）

所用产品：10x Genomics Chromium Next GEM Single Cell ATAC Reagent Kits（v1.1）

以单细胞分辨率解析染色质可及性，识别细胞类型特异性的基因调控网络，关联转录组与表观组数据，发现人类特异性染色质开放区域，验证基因表达与染色质可及性的协同性，为 “转录调控驱动 PFC 发育差异” 提供直接证据。

3.单细胞空间转录组（scSpatial）

所用产品：10x Genomics Xenium In Situ Gene Expression Kit（v1）

根据snRNA-seq数据，研究人员选择了469个细胞类型标记基因进行空间原位检测，以空间分辨率明确了细胞在皮层各层的分布及迁移轨迹，获取了基因表达的空间定位信息，为 “细胞类型 - 空间定位 - 功能” 的关联提供了直接证据。

注：部分人类样本整合了已发表数据（GSE168408、PRJNA434002），最终用于分析的有效样本含 87 个（含不同发育阶段重复样本）。

最终，研究人员建立了包含细胞类型和空间定位信息的出生后发育前额叶皮层（PFC）单细胞转录组图谱，涵盖1,089,481个人类细胞和737,691个食蟹猴细胞，鉴定出24种主要细胞类型，包括神经祖细胞 、 胶质祖细胞 、 兴奋性神经元（ExNs）、 抑制性神经元（InNs）、星形胶质细胞、少突胶质细胞、小胶质细胞和内皮细胞等。通过原位检测469个细胞类型标记基因，最终映射到人类和食蟹猴的空间细胞图谱中，绘制了 PFC 时空发育图谱，验证了功能基因的空间特异性表达，揭示了物种间空间组织差异。

多组学联动，解锁前额叶精细图谱

10x Genomics多种产品联合使用分析，实现了 “转录组 - 表观组 - 空间” 的三维验证：

• 三者数据交叉验证，明确了细胞类型鉴定的可靠性（如 snRNA-seq 定义的亚型通过 scSpatial 的空间分布进一步确认），降低了单一技术的假阳性。

• 整合分析发现 “基因表达 - 染色质可及性 - 空间定位” 的协同差异：如人类富集亚型的特异性基因不仅转录水平高，其染色质更开放且集中分布于特定皮层，形成物种特异性的 “分子 - 空间” 特征。

• 为细胞间互作分析提供基础：结合 CellChat 工具，通过基因表达（snRNA-seq）和空间邻近性（scSpatial），揭示星形胶质细胞与神经元的配体 - 受体互作网络（如 SEMA4A-NRP1 通路）。

小结

在本研究中，采用单细胞核转录组测序（snRNA-seq）、单核转座酶染色质可及性测序（snATAC-seq）和单细胞空间转录组学（scSpatial）技术，对人类与食蟹猴前额叶皮层（PFC）发育进行了比较分析。阐明了人类PFC发育的细胞与分子特征，并鉴定出可能促进高级认知功能的人类特异性特征。

研究表明，人类前额叶皮质的发育和成熟过程是通过独特的转录调控机制以及人类特有的神经元亚型和调控因子得以延长的，这些调控因子能够控制物种特异性的神经元迁移和成熟过程，并且伴随着协调的神经胶质（星形胶质细胞和少突胶质细胞）的增殖和发育。通过整合转录组和表观基因组数据，为细胞类型特异性和物种特异性在神经精神疾病中的易感性提供了见解。

总体而言，这些发现深化了对人类认知进化背后调控程序与细胞多样性的理解，并为研究人类大脑发育与神经精神障碍提供了重要框架。这些见解对于阐明人类认知和行为复杂性的内在机制至关重要，并且对于评估非人灵长类动物是否适合作为研究人类神经学和神经/精神疾病模型也具有重要意义。

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