《Frontiers in Aging Neuroscience》：Distinct migration patterns of adult neural stem cells derived from hippocampal and ventricular niches
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成年神经发生发生于人类大脑的两个主要区域，即海马的颗粒下层（SGZ）和侧脑室的室管膜下层（SVZ）。来自这些微环境的神经干细胞（NSCs）生成新的神经元和胶质细胞，有助于可塑性和修复；然而，由于获取人体脑组织有限以及缺乏生理相关的体外模型，其微环境相关的细胞行
成年神经发生发生于人类大脑的两个主要区域，即海马的颗粒下层（SGZ）和侧脑室的室管膜下层（SVZ）。来自这些微环境的神经干细胞（NSCs）生成新的神经元和胶质细胞，有助于可塑性和修复；然而，由于获取人体脑组织有限以及缺乏生理相关的体外模型，其微环境相关的细胞行为仍未得到充分表征。在此，我们利用基于微流控的培养技术，比较研究了来自成年小鼠大脑SGZ和SVZ的NSCs的形态特征、迁移行为以及神经-胶质组织。SVZ来源的NSCs表现出更长的神经突、更高的运动性以及分散的迁移模式，而SGZ来源的NSCs则显示较短的神经突、降低的运动性以及集体的、径向的迁移。在双层类球体培养中，随着时间推移，SGZ祖细胞在内核中保持了较高比例的TUJ1+和GFAP+细胞，反映了齿状回（DG）特征性的紧密局部整合；而SVZ祖细胞向外分散，中央保留的细胞较少，这与沿腹侧迁移流的切向迁移一致。将DG-海马类球体暴露于寡聚体淀粉样蛋白-β（Aβ），随后进行形态学评估和靶向基因表达谱分析，结果显示类球体组织紊乱，并富集了神经炎症和凋亡相关基因特征，表明该模型反映了Aβ诱导的神经毒性的一些特征。综上所述，这些发现表征了成年NSCs在体外微环境相关的迁移动力学差异，并建议建立一个工程化平台用于未来的机制研究和疾病建模。
成年神经发生 throughout embryonic development and continues into adulthood in mammals, comprising a sequential cascade of cellular events including proliferation, differentiation, and migration. Particularly, adult neurogenesis has emerged as a key area of interest in neural stem cell (NSC)-based regenerative strategies, as it contributes to neuronal plasticity, learning, memory, mood response, and repair. Although its decline with aging remains debated, adult neurogenesis is well established in two primary brain regions: the subventricular zone (SVZ) of the lateral ventricles and the subgranular zone (SGZ) of the hippocampus. The SVZ generates multi-lineage brain cells, including neurons, astrocytes, and oligodendrocytes, and contributes to brain plasticity. The dentate gyrus (DG), a hippocampal subregion implicated in learning and memory, contains the SGZ, a neurogenic niche in which resident NSCs generate new neurons through adult hippocampal neurogenesis (AHN). With aging, neurogenesis is reduced due to several changes. Understanding AHN is important for discovering human neural repair and developing regenerative treatment for aging-related neurological diseases. Moreover, the hippocampal area and its SGZ neurogenic niches are highly vulnerable in Alzheimer’s disease (AD). Evidence indicates that amyloid-β (Aβ), Tau deposits, and neuroinflammation impair NSC proliferation, differentiation, and neuronal integration. However, detailed characterization of adult neurogenic cell populations has been constrained by the limited accessibility of adult human brain tissue. Moreover, most in vitro models of AHN focus on NSC proliferation and differentiation, whereas comparative studies investigating the cellular characteristics of the two neurogenic niches, especially migratory patterns, remain limited. Here, we report distinct differences between neurogenic niches in morphological and migratory behavior using microfluidic chip devices. By combining an engineering-controlled microenvironment, our results offer comparative insights into niche-associated differences in adult NSC behavior that may be further explored through quantitative studies for NSC-based therapies and neurological diseases.
研究人员使用12周龄雄性C57BL/6小鼠提取侧脑室和海马区域的组织获得SVZ和SGZ来源的神经干细胞，并维持成年海马神经元。通过微流控芯片技术制作迁移芯片和类球体芯片，采用软光刻技术和立体光刻3D打印机制备。在二维条件下进行神经球生长试验和基于芯片的迁移 assay，观察细胞迁移距离和速度。构建双层类球体，将SGZ或SVZ来源的细胞与成年海马神经元在微流控芯片的动态条件下共培养，通过活细胞成像观察迁移和神经-胶质分布。使用免疫荧光染色检测TUJ1、GFAP、N-cadherin、F-actin等标记物。进行寡聚体Aβ42毒性测试，对处理后的SGZ-海马双层类球体进行活/死细胞染色，并使用NanoString nCounter Mouse Neuropathology Panel进行靶向基因表达谱分析。
结果：SVZ来源细胞表现出更高的运动性和延长的神经突生长。在二维条件下，SVZ来源的细胞呈现拉长的双极形状，具有多个延伸的神经突，而SGZ来源的细胞较小，神经突较短且分支较少。神经球生长试验显示，SVZ来源的细胞分散迁移，而SGZ来源的细胞集体迁移。微流控芯片基于迁移试验定量评估显示，SVZ来源的细胞迁移距离显著大于SGZ来源的细胞。
结果：成年神经干细胞微环境的双层类球体中出现独特的迁移模式。在动态条件下构建的双层类球体中，SGZ来源的细胞迁移成凝聚组，常从类球体表面向外延伸多细胞流；而SVZ来源的细胞以更分散的单个细胞方式迁移，穿透海马细胞层。这重现了体内SGZ神经母细胞的集体径向迁移和SVZ神经母细胞的个体切向迁移。
结果：双层类球体内神经元和胶质细胞群的差异分布。免疫染色分析显示，SVZ来源的类球体向外周迁移的TUJ1+和GFAP+细胞比例显著高于SGZ来源的类球体。相反，SGZ来源的类球体在类球体内核中保留了更多的TUJ1+和GFAP+细胞。这表明SVZ来源的NSCs倾向于向外周区域的神经元迁移和整合，而SGZ来源的NSCs保持集中在内核中的混合神经-胶质身份。
结果：寡聚体oAβ42诱导DG-海马双层类球体的形态学和靶向基因表达改变。暴露于oAβ42后，类球体表现出外层碎片化、细胞死亡增加以及细胞骨架和细胞间粘附模式的改变（F-actin和N-cadherin染色不规则）。靶向基因表达谱分析显示，急性炎症反应标记物（C3, Ccl5, Cxcl1）上调，钙通道功能相关基因（Cacnb2）下调。基因本体分析突出了神经炎症、激活的小胶质细胞、凋亡和减少的突触信号通路的富集。
讨论部分总结了本研究强调了成年NSCs在不同神经发生微环境中表现出独特的形态、迁移和分化行为。研究建立了微流控芯片迁移和3D双层类球体平台，用于比较分析成年NSC的行为，揭示了微环境相关的迁移动力学差异，并证明了该模型可以反映Aβ诱导神经毒性的一些病理特征。结论指出，该研究揭示了成年NSCs迁移和谱系组织的内在微环境依赖性差异，建立了 versatile in vitro 平台，为成年神经发生的机制研究以及疾病建模和再生医学提供了框架。
