神经管闭合失败会导致严重的先天性畸形——神经管缺陷（NTDs），这是最常见的人类出生缺陷之一。值得注意的是，大多数人类脊柱缺陷（如连接性神经管缺陷，JNTDs）并非均匀分布，而是簇集在初级神经管与次级神经管之间的一个狭窄“连接区”（junctional zone）。然而，由于啮齿动物模型缺乏这一连接区，其细胞动态与分子机制长期不明。2026年4月27日发表于《Nature Communications》的一项研究中，昆士兰大学的团队利用高分辨率定量活体成像和转基因鹌鹑胚胎，首次揭示了连接区神经管形成的两大协同过程：内侧细胞的内陷（由类EMT驱动）和中外侧会聚。令人意外的是，PRICKLE1（PK1）——一个经典的平面细胞极性（PCP）核心蛋白——在这一过程中并非通过PCP通路，而是通过富集于内侧细胞顶端皮层，驱动肌动球蛋白的局部累积和顶端收缩，从而控制细胞内陷。这一PCP非依赖的新机制，为理解人类JNTDs的病因提供了直接的细胞基础和潜在干预靶点。
研究亮点速览
模型突破：利用转基因鹌鹑胚胎（Lifeact-EGFP，膜GFP/CAAX，核标记等），首次对连接区神经管形成进行高时空分辨率的定量活体成像与细胞追踪。
核心细胞动态：连接区神经管的形成依赖两大协同过程：
- 中-外侧会聚（mediolateral convergence）：外侧细胞向中线方向的定向迁移。
- 内侧细胞内陷（ingression）：中线附近的神经上皮细胞发生上皮-间充质转化（EMT），从背面内陷至腹侧。
PK1的关键作用：PK1特异性富集在内侧细胞顶端皮层，促进肌动球蛋白（actomyosin）的局部累积和顶端收缩，是细胞内陷的必要条件。
PCP非依赖：PK1敲低虽导致会聚与内陷受阻，但不改变VANGL2、ROCK1或F-actin的平面极性分布，也不影响PCP依赖的顶端肌动蛋白缆绳的形成。这表明PK1在连接区的作用独立于经典PCP通路。
EMT与FGF信号：内侧细胞内陷表达SLUG（EMT关键转录因子），依赖于FGF信号，并需要基底膜降解。阻断SLUG或FGF信号即可阻断内陷并导致JNTD。
因果链：内侧细胞内陷失败 → 物理空间无法清空 → 后续外侧细胞向中线的会聚受阻 → 后神经孔无法闭合 → 局灶性连接性神经管缺陷（JNTD）。
背景：被“缺失”的连接区神经管形成
神经管形成分为两种模式：
- 初级神经发生：神经板折叠、融合形成导管（颅脑至大部分脊柱）。
- 次级神经发生：间充质细胞凝聚、空泡化形成实心索再腔化（骶尾部）。
哺乳动物（如小鼠）中这两种过程前后相继，中间没有重叠区。但人类和鸟类（如鹌鹑）中存在一个连接区（junctional zone），两种发生模式在背腹轴上同时存在，需要进行精密的整合。
临床重要性：
- 人类脊柱NTDs并非均匀分布，而是簇集于初级与次级神经管连接处（腰骶部）。
- 该区域的缺陷被最新分类为连接性神经管缺陷（JNTDs），患者表现为原发和继发神经管结构不连续，伴有下肢畸形、感觉运动障碍及大小便失禁。
- PRICKLE1 基因突变已知与局部脊柱闭合不全相关，但机制不明。
技术障碍：小鼠缺乏连接区，过去研究依赖鸟类固定组织切片或低分辨率活体成像，无法捕捉细胞动态。
方法与核心发现
1. 定量活体成像：绘制连接区的“细胞动态地图”
团队使用了多种转基因鹌鹑模型：
- Lifeact-EGFP：标记F-肌动蛋白，可视化细胞边界和肌动蛋白缆绳。
- TgT2(CAG:NLS-mCherry-IRES-GFP-CAAX)：核mCherry + 膜GFP。
- 结合电穿孔在单细胞水平表达核标记（H2B-miRFP670）进行细胞追踪。
关键细胞行为量化（图1-3）：
- 中-外侧会聚：外侧细胞（距离中线的100μm外）向中线方向移动，3小时内平均会聚位移19.7μm，方向性强。
- 内侧细胞内陷：中线两侧100μm内的细胞，在会聚的同时从背侧表面向腹侧下移（平均6.3μm/3h），并从表层消失。
- 会聚与内陷的梯度：中-外侧会聚方向性从外侧到内侧递减；内陷主要发生在内侧区域。
2. 内侧细胞经历EMT——这是一个神经上皮细胞进行的“功能性EMT”
EMT的标志：
- 内侧细胞表达SLUG（EMT关键转录因子），而外侧细胞不表达（图4a）。
- 内侧细胞顶端面积减小（顶端收缩），随后坠落，形态从多边形上皮状变为长、有突出丝的间充质样形态（图4e）。
- 内侧细胞下方的基底膜（Fibronectin/Laminin）被降解或缺失（图4f），不同于外侧完整基底膜。
- E-cadherin向N-cadherin的转换已完成（辅助图4a），但细胞仍保留神经命运（SOX2+，图1c）。
功能必要性验证：
- SLUG敲低（吗啉代反义寡核苷酸）：阻断内侧细胞内陷；细胞停留于背侧（图5a-e）。
- FGF受体抑制（Infigratinib或显性负性FGFR1）：阻断SLUG表达 + 阻断内陷 + 导致后神经孔持续开放（JNTD）（图5f-p）。
- 时空特异性：FGF抑制不影响更早的神经管闭合，也不影响外侧PCP依赖的肌动蛋白缆绳，证明缺陷主要源于连接区内侧EMT失败。
- 光激活肌球蛋白抑制剂（azidoblebbistatin）：仅在内侧区域抑制肌动蛋白收缩性，即足以阻断内陷，减弱外侧向中线的会聚，并导致JNTD（图5q-x）。
一个关键的因果链被确立：内侧细胞的内陷会“清空”空间，允许外侧细胞继续向中线会聚。如果内侧细胞不内陷，外侧细胞无处可去，会聚受阻，管无法闭合。