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人类大脑长期以来被视为一个统一的器官，其前脑、中脑和后脑被认为源自同一类祖细胞。然而，斯坦福大学医学院的一项最新研究彻底颠覆了这一传统认知。研究团队发现，大脑的前部与后部实际上起源于两套完全独立的祖细胞群，这一根本性的发育分裂为神经科学和再生医学开辟了全新的道路。该研究于2026年9月18日发表在《Nature Neuroscience》上。

后脑神经元培养困境与疾病研究需求

后脑位于大脑后部，负责控制呼吸、吞咽、心跳、睡眠和饥饿等自动功能，其神经元还支配面部、舌头和喉部的肌肉。然而，数十年来科学家一直难以在实验室中培养后脑神经元，这严重阻碍了对脊髓性肌萎缩症（SMA）和肌萎缩侧索硬化症（ALS）等疾病的研究。SMA是1岁以下儿童最主要的遗传性致死病因，ALS则常在40至70岁间确诊，两者均会导致特定后脑神经元逐渐丧失功能。患者最终因吞咽困难导致食物或液体进入肺部引发肺炎，并丧失呼吸能力。

“现在我们有了一个更好的模型来理解这些毁灭性疾病，并朝着再生疗法迈进，”该研究共同第一作者、斯坦福大学研究生Rayyan Jokhai表示，“这是脑研究中一个非常令人兴奋的新前沿。”由于无法从活体患者获取脑干组织，且人类后脑神经元培养极其困难，科学家此前对这些疾病如何影响后脑神经元知之甚少。

两套祖细胞的发现与染色质层面的根本差异

为了找到培养后脑神经元的方法，Jokhai与共同第一作者Carolyn Dundes回溯到胚胎发育的原肠胚阶段——身体最初成形的时期。研究团队以人类多能干细胞为起点，这些细胞能够分化成体内任何细胞类型。通过仔细追踪早期发育时间点，他们发现了两套独立的脑祖细胞群：表达Otx2基因的细胞最终形成前脑和中脑，而表达Gbx2基因的细胞则注定成为后脑。这两群细胞即使在团队检测的最早阶段也互不重叠，后脑发育路径与前脑/中脑路径平行运行，而非从中分支。

“我们首次证明，大脑前部起源于与后部完全不同的祖细胞，”该研究资深作者、斯坦福大学发育生物学副教授Kyle Loh博士说，“我们的发现意味着，我们现在可以在培养皿中培养后脑神经元并研究其功能。”这一区别同样体现在细胞的染色质上——染色质包装决定了DNA哪些部分可被访问，从而影响细胞能使用哪些基因，进而决定细胞的命运。前神经外胚层（将产生前脑和中脑）与后神经外胚层（产生后脑）具有根本不同的染色质构型，这些差异将祖细胞锁定在各自的发育路径上。

“之前的后脑神经元培养尝试很可能试图将前脑和中脑祖细胞诱导为后脑细胞，而我们的研究表明这是不可能的，”Jokhai解释道。研究团队利用新发现的路径，成功引导人类多能干细胞分化为功能性后脑运动神经元。这些神经元能够产生动作电位——神经细胞用于通信的电信号，并表达控制面部和吞咽肌肉的后脑区域特征蛋白。

进化启示：两套古老神经系统的融合

这项发现还引发了关于大脑进化史的深刻问题：如果大脑的前部和后部分别发育，它们是否可能起源于两套独立的神经系统？研究团队跨越超过5.5亿年的进化史，在鸡、斑马鱼和橡实虫中发现了相同的双发育起源模式。这些小型海底动物与人类共享遥远的共同祖先。而水母的谱系在约6至7亿年前与人类谱系分化，其身体两端拥有两套神经系统。

研究人员将证据解读为：大脑可能是两套古老神经系统的融合产物，这两套系统在数亿年间独立进化。“我们的研究表明，进化将两套已有的神经系统在空间上推到了一起，”Loh说，“大脑作为一个器官可能更高效，但我们依赖这种原始方式将大脑构建为两个独立的部分。”Jokhai补充道：“我对我们的发现感到惊讶，因为‘大脑’一词暗示着一个连续的器官，可能具有单一的起源。但即使在5亿年前，就存在这些独立的神经系统，它们现在几乎作为一个整体运作，这非常酷。”

除了影响运动、吞咽和呼吸的疾病外，后脑在调节饥饿方面的作用还将该研究与肥胖治疗联系起来。司美格鲁肽等减肥药物正是作用于该区域的饥饿调节回路。研究团队计划进一步研究脊髓的发育起源，并确定SMA和ALS究竟如何损害后脑神经元。