聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)如何將外界聲音轉(zhuǎn)化為大腦可理解的神經(jīng)信號(hào)？耳蝸核作為聽(tīng)覺(jué)通路中第一個(gè)“中繼站”，負(fù)責(zé)接收來(lái)自內(nèi)耳的聽(tīng)覺(jué)信息，并對(duì)其進(jìn)行初步加工和分流。然而，耳蝸核內(nèi)部復(fù)雜的細(xì)胞組成、空間排布以及聽(tīng)覺(jué)活動(dòng)如何調(diào)控這些細(xì)胞的基因表達(dá)，長(zhǎng)期以來(lái)缺乏系統(tǒng)性的分子圖譜。深入理解這一過(guò)程，對(duì)于揭示聽(tīng)覺(jué)發(fā)育機(jī)制以及感音神經(jīng)性耳聾的病理基礎(chǔ)具有重要意義。

2026年4月6日，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院吳皓教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊 Cell Research上發(fā)表了題為《小鼠耳蝸核空間轉(zhuǎn)錄組圖譜揭示Spp1為聽(tīng)覺(jué)處理中的活動(dòng)依賴性基因》的研究論文。該研究綜合利用單細(xì)胞核RNA測(cè)序和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)，繪制了小鼠耳蝸核的高分辨率細(xì)胞圖譜，首次系統(tǒng)定義了13個(gè)分子亞區(qū)，鑒定出20種主要細(xì)胞類型，并發(fā)現(xiàn)SPP1陽(yáng)性叢狀細(xì)胞是聽(tīng)覺(jué)輸入最敏感的一類神經(jīng)元，其標(biāo)志基因Spp1的表達(dá)水平直接受聽(tīng)覺(jué)活動(dòng)調(diào)控，對(duì)維持正常聽(tīng)覺(jué)處理功能不可或缺。

研究團(tuán)隊(duì)首先利用Stereo-seq空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)對(duì)小鼠耳蝸核進(jìn)行了高精度解析。通過(guò)分析連續(xù)矢狀面和冠狀面切片，他們根據(jù)基因表達(dá)特征將耳蝸核劃分為13個(gè)分子亞區(qū)，包括經(jīng)典的顆粒細(xì)胞層、背側(cè)耳蝸核的分子層、梭形細(xì)胞層等。其中，梭形細(xì)胞層可進(jìn)一步分為淺層和深層，前者富含Cartwheel細(xì)胞，后者則富集梭形細(xì)胞。在前腹側(cè)耳蝸核中，Sst和Spp1分別標(biāo)記了前部和后部區(qū)域；后腹側(cè)耳蝸核中，Cabp7和Calb2分別對(duì)應(yīng)多極細(xì)胞區(qū)和章魚(yú)細(xì)胞區(qū)。這些分子標(biāo)記物為耳蝸核亞區(qū)的功能研究提供了重要工具。

在單細(xì)胞分辨率層面，研究者通過(guò)細(xì)胞分割算法從空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中提取了超過(guò)21萬(wàn)個(gè)單細(xì)胞，聚類出20種主要細(xì)胞類型。其中，叢狀細(xì)胞可明確分為Spp1陽(yáng)性和Sst陽(yáng)性兩個(gè)亞型，兩者在空間分布和電生理特性上均存在差異。免疫染色和電生理記錄證實(shí)，Spp1陽(yáng)性細(xì)胞對(duì)應(yīng)球狀叢狀細(xì)胞，Sst陽(yáng)性細(xì)胞對(duì)應(yīng)球狀叢狀細(xì)胞。此外，研究還鑒定出T-星形細(xì)胞和梭形細(xì)胞的特異性標(biāo)記基因C1ql1和Fam19a1。這些細(xì)胞類型在耳蝸核各亞區(qū)中呈現(xiàn)高度異質(zhì)性的分布模式，例如淺層梭形細(xì)胞層以Cartwheel細(xì)胞為主，而聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)根區(qū)域則富集Spp1陽(yáng)性叢狀細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞。

為了探究聽(tīng)覺(jué)活動(dòng)對(duì)耳蝸核細(xì)胞的影響，研究者分析了不同發(fā)育階段（P1、P7、P14、P45）以及多種先天性耳聾小鼠模型（Vglut3敲除、Otof敲除、Ush1c敲除）的單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，盡管細(xì)胞類型組成在耳聾小鼠中并未發(fā)生明顯改變，但大量基因的表達(dá)水平隨聽(tīng)覺(jué)輸入狀態(tài)而變化。特別是叢狀細(xì)胞中的Spp1陽(yáng)性亞型，其差異表達(dá)基因數(shù)量最多，且一個(gè)非細(xì)胞身份相關(guān)的基因表達(dá)程序（GEP-1）在正常聽(tīng)力小鼠中顯著富集，而在三種耳聾小鼠中均大幅下調(diào)，經(jīng)基因治療恢復(fù)聽(tīng)力后該程序又可部分回升。這表明GEP-1是一個(gè)聽(tīng)覺(jué)活動(dòng)依賴性程序，而Spp1正是該程序的核心基因。Cell Research

空間轉(zhuǎn)錄組分析進(jìn)一步揭示了聽(tīng)覺(jué)活動(dòng)對(duì)細(xì)胞空間組織的影響。在Vglut3敲除小鼠中，Spp1陽(yáng)性叢狀細(xì)胞與小膠質(zhì)細(xì)胞之間的平均距離顯著縮短，這種改變?cè)诨蛑委熁謴?fù)聽(tīng)力后得以部分逆轉(zhuǎn)。同時(shí)，細(xì)胞間通訊分析顯示，叢狀細(xì)胞與小膠質(zhì)細(xì)胞之間的“通訊強(qiáng)度”在耳聾小鼠中降低，提示聽(tīng)覺(jué)輸入可能通過(guò)調(diào)控非神經(jīng)元細(xì)胞的空間位置來(lái)影響神經(jīng)元功能。值得注意的是，Spp1陽(yáng)性叢狀細(xì)胞還表現(xiàn)出對(duì)Ia型內(nèi)球突觸的偏好性，而聽(tīng)力損失會(huì)導(dǎo)致這類突觸比例下降，基因治療可使其恢復(fù)。

為了驗(yàn)證Spp1的功能必要性，研究者構(gòu)建了Spp1全身敲除小鼠。盡管敲除小鼠的聽(tīng)閾未發(fā)生改變，但其聽(tīng)性腦干反應(yīng)中II、III、IV波的潛伏期顯著延長(zhǎng)，表明耳蝸核及上游聽(tīng)覺(jué)通路的信息處理速度減慢。電生理記錄顯示，Spp1敲除小鼠的叢狀細(xì)胞自發(fā)性興奮性突觸后電流幅度降低、上升和衰減時(shí)間延長(zhǎng)，提示突觸傳遞效率受損。此外，與神經(jīng)元發(fā)育和突觸組織相關(guān)的多個(gè)基因（如Nefh、Gria2、Sparcl1）表達(dá)下調(diào)，神經(jīng)元胞體面積也減小。這些結(jié)果共同證實(shí)Spp1是維持耳蝸核正常聽(tīng)覺(jué)處理功能的關(guān)鍵分子。

最后，研究者分析了耳蝸核發(fā)育過(guò)程中細(xì)胞空間關(guān)系的變化。從出生后到聽(tīng)覺(jué)成熟，Spp1陽(yáng)性叢狀細(xì)胞的數(shù)量逐漸增加，尤其是在聽(tīng)覺(jué) onset（P14）前后增幅顯著。與此同時(shí)，叢狀細(xì)胞與小膠質(zhì)細(xì)胞的空間鄰近性也隨發(fā)育逐漸增強(qiáng)，小膠質(zhì)細(xì)胞的數(shù)量在叢狀細(xì)胞周邊明顯增多。發(fā)育軌跡分析表明，Spp1是球狀叢狀細(xì)胞在偽時(shí)間軸上的標(biāo)志基因，其表達(dá)上調(diào)與聽(tīng)覺(jué)輸入的出現(xiàn)緊密同步。這一動(dòng)態(tài)變化進(jìn)一步支持聽(tīng)覺(jué)活動(dòng)驅(qū)動(dòng)Spp1表達(dá)并重塑細(xì)胞微環(huán)境的觀點(diǎn)。

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