近(24)日，英國劍橋MRC分子生物研究機構(MRC Laboratory of Molecular Biology)的科學家，透過大腦「類器官」(organoid)研究，發現大腦發育時的一項細胞型態變化，可能是造成人類大腦可發育得比其他靈長類更大、更複雜的關鍵原因。該研究發表於期刊《Cell》。

人類與其他猿猴間最大的差異，在於我們的大腦發育時會經歷特有的「快速擴張」機制，但科學家一直未能了解該機制。本次MRC的研究團隊，不但透過比較人類與大猩猩、黑猩猩的腦部，解開其中與細胞形狀變化相關的關鍵，也找出與之相關的調控基因ZEB2。

由發育生物學家Madeline Lancaster領導的研究團隊，透過人類與其他靈長類的大腦類器官進行這項研究。Lancaster團隊在2013年開發出全球第一個大腦類器官，當時論文發表於頂尖期刊《Nature》，這種無法完全複製成熟大腦功能的3D模型，能讓科學家在符合倫理的情況下，方便地研究大腦組織發育。

大腦發育的早期階段，稱為「神經源祖細胞」(neural progenitors)的神經幹細胞，會開始分裂並分化為神經細胞。為了讓幹細胞容易分裂出圓柱狀的子細胞，這些源祖細胞最初皆為圓柱狀，之後隨著細胞成熟，它們會逐漸伸長，變為長型的圓錐狀。

先前的小鼠研究已經顯示，這項神經源祖細胞由圓柱變為圓錐狀、增殖速度漸緩的「過渡期」，大約費時數小時。而本次研究則發現，此過渡期在大猩猩和黑猩猩腦部需費時5天，在人類腦中則延遲地更長，大約需要7天時間。

研究團隊指出，人類的神經源祖細胞維持圓柱狀的時間，較其他靈長類更長，且分裂頻率更高、產生的神經細胞更多，這很可能就是讓人類大腦神經元數量，能比大猩猩或黑猩猩多出3倍左右的主因。

Lancaster表示，他們發現的這項早期大腦細胞形狀變化的延遲現象，足以改變整個發育過程、幫助確定動物腦中神經元的數量。

此外，他們也進一步研究了造成這項差異的遺傳機制。結果發現，「ZEB2」基因在其他靈長類腦中啟動的時間比人類來得早，可能是造成兩者差異主要原因。

若以人為方式延遲該基因的啟動，便會減慢源祖細胞的成熟，使大猩猩腦部類器官發育的與人類更相似；反之，若讓人類更早啟動該基因，則會讓人的源祖細胞過早開始轉化，類器官發育得更像其他靈長類。

參考資料：

1. 論文原文：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)00239-7?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0092867421002397%3Fshowall%3Dtrue

2. https://www.sciencedaily.com/releases/2021/03/210324113502.htm

(編譯/巫芝岳)