美国埃默里大学医学院的研究人员近日在《Developmental Cell》上发表了一项突破性研究，揭示了纤毛（primary cilia）在胚胎大脑发育过程中指导神经元迁移的动态机制。纤毛是细胞表面微小的毛发状结构，但在此处它们的作用更像是一根“天线”，帮助神经元感知环境信号并确定迁移方向。

研究团队在发育中的小鼠胚胎中观察到，中间神经元（interneurons）在迁移过程中会周期性地伸展和收缩其纤毛。这些纤毛是神经元接收信号、确定迁移方向和定位所必需的。埃默里大学医学院人类遗传学助理教授Tamara Caspary博士表示：“最令人惊奇的是纤毛相当有活力。中间神经元一步步地移动到发育中的大脑皮层，当它们暂时停下脚步时，我们可以看到纤毛的伸展，这就像中间神经元在试图确定下一步应该往哪儿走。”

我们通常熟悉的运动型纤毛存在于草履虫、器官和生殖器中，但非运动型的原发性纤毛几乎存在于机体内的每个细胞中。纤毛病变（ciliopathies）是一类涉及纤毛缺陷的遗传性疾病，包括Joubert综合征，后者常伴有肾脏和眼部病变。Joubert综合征主要影响小脑和脑干的发育，导致肌肉控制缺乏、呼吸问题以及智力缺陷。本研究指出，引发Joubert综合征的基因突变会影响纤毛的迁移功能，而神经元的迁移故障是该疾病某些症状的原因。

Caspary实验室针对Joubert综合征中发生突变的基因Arl13b进行了深入研究，发现Arl13b突变使纤毛变得又短又硬。“这是研究纤毛发育的良好工具，因为它不会对整体结构造成较大破坏，”Caspary说。目前尚不清楚Arl13b影响纤毛功能的确切机制，但研究显示当该基因过活跃时纤毛更长，提示该机制可能影响了纤毛构建所需蛋白的运输。

研究人员在敲除Arl13b的小鼠胚胎中观察中间神经元的迁移。中间神经元负责形成其他神经元之间的连接，不与肌肉或感觉器官相连。他们使小鼠中间神经元的纤毛中表达红色荧光蛋白，然后在共聚焦显微镜下观察胚胎的大脑切片，此时细胞仍保持活性并可持续移动数小时。结果显示，缺乏Arl13b基因时，中间神经元无法正确迁移通过发育中的大脑皮层。

研究人员观察到，中间神经元的迁移呈喷射状，当细胞暂停时纤毛会伸展并“像篮球运动员的手臂那样”运动。而当Arl13b基因被敲除时，细胞纤毛的伸展减少，往往看起来只是一个红点。再次导入正常的Arl13b基因能够恢复纤毛运动，但导入Joubert综合征中的突变基因则无法达到这一效果。

纤毛缺陷引发Joubert综合征症状的机制较为复杂。由于调控胚胎发育的Hedgehog信号传导也需要纤毛，研究人员认为神经元迁移故障可以解释Joubert综合征中的智力缺陷，而Hedgehog信号通路受阻则可能导致小脑和脑干的发育受损。这一发现为理解神经发育疾病的机制提供了新视角，并为未来治疗策略的开发奠定了基础。