2023年11月14日，同济大学生命科学与技术学院、同济大学附属养志康复医院、同济大学苏州研究院陆建峰教授团队以封面（Back Cover）文章的形式在材料科学领域国际顶级学术期刊《Advanced Science》上发表了一篇题为《Uncovering the role of FOXA2 in the Development of Human Serotonin Neurons》的研究文章。该团队首次详细揭示了FOXA2在人类血清素神经元（又称五羟色胺能神经元，5-HT neuron， serotonin neuron）发育中的作用机制。这一重要研究成果对于加深我们对人类血清素神经元发育调控的认识、推动相关疾病机制的探索、实现高效制备高纯度种子细胞以及建立高通量药物筛选平台等方面具有深远而积极的影响。

在过去的研究中，科学家们普遍认为Foxa2由小鼠血清素神经元前体细胞表达，是促进神经前体细胞向血清素神经元分化的关键命运决定因子。因此，全球多家研究团队（包括陆建峰教授团队在内）长期以来一直认为FOXA2在人类血清素神经元分化发育中是一个关键的促进因子 [1-3]。但是，在无饲养层细胞干扰的定向诱导分化体系中，陆建峰教授课题组意外地发现：随着血清素神经元前体细胞阶段FOXA2比例的增高，反而出现越来越多的非神经元细胞，而血清素神经元的比例也降低了。这一实验结果促使研究者们反思：FOXA2在人类血清素神经元分化过程中究竟是什么作用？

研究者通过谱系追踪、敲除和诱导过表达等多种实验手段，从分子表型、功能表型和单细胞分群等多个角度，验证了FOXA2在人类血清素神经元分化发育中的作用。研究发现，与过去的小鼠实验结果不同，人类血清素神经元并不来源于FOXA2谱系细胞；FOXA2敲除的人类多能干细胞仍能分化成为具有电生理功能的成熟血清素神经元。研究者在单细胞测序结果中意外发现，这类FOXA2敲除的血清素神经元甚至要比野生型血清素神经元具有更高的成熟度。这一结果的具体机制目前还不十分明确，但很有可能是FOXA2敲除后的体外培养分化体系中出现更高比例的血清素神经元分泌更多的血清素神经递质促进了血清素神经元本身的成熟。

与研究者的预测一致，FOXA2过表达后抑制了人类多能干细胞向血清素神经元的定向分化。据此，研究者得出结论：内源性表达转录因子FOXA2并非人类血清素神经元所必需，其直接作用是使细胞分泌腹侧化因子Sonic Hedgehog（SHH）来促进真正的血清素神经元前体细胞向血清素神经元分化；因此，分化过程中高比例的FOXA2阳性细胞会导致血清素神经元分化体系中混杂过多的非神经元细胞而极大地降低最终获得血清素神经元的比例；通过应用维甲酸（retinoid acid，RA）抑制FOXA2的表达并动态激活SHH信号通路可以有效促进人类血清神经元的定向分化效率。

本项研究由同济大学陆建峰教授指导完成。同济大学生科院博士研究生许婷和同济大学生科院研究员曹立宁博士为本文共同第一作者。FOXA2谱系追踪细胞系由同济大学医学院章小清教授馈赠。中科院药物所郭飞研究员在电生理数据分析等方面给予了大力的支持。该项研究得到了国家高层次人才项目、科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费项目和上海市养志康复医院人才引进项目的大力支持。陆建峰教授团队常年招收研究生、博士后和科研助理，欢迎访问实验室网页了解详细信息：

https://life.tongji.edu.cn/03/25/c12618a131877/page.htm

【参考文献】

1. Lu J, Zhong X, Liu H, Hao L, Huang CT, Sherafat MA, et al. Generation of serotonin neurons from human pluripotent stem cells. Nat Biotechnol. 2016;34(1):89-94.

2. Xu Z, Jiang H, Zhong P, Yan Z, Chen S, Feng J. Direct conversion of human fibroblasts to induced serotonergic neurons. Mol Psychiatry. 2016;21(1):62-70.

3. Valiulahi P, Vidyawan V, Puspita L, Oh Y, Juwono VB, Sittipo P, et al. Generation of caudal-type serotonin neurons and hindbrain-fate organoids from hPSCs. Stem Cell Reports. 2021;16(8):1938-52.

文章中图片均来自于原文

Advanced Science封面文章：陆建峰教授团队突破性阐明FOXA2在人类血清素神经元发育调控中的作用机制