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灵长类动物的显著特征是相对于体型而言具有较大的脑，其中人类表现出最大程度的扩张。脑体积的这种增加与高级认知能力以及升高的能量需求共同进化而来。重要的是，单纯的异速生长标度关系并不能解释这种增加的代谢需求，这表明其他细胞机制可能正在驱动人类大脑独特的能量供给能力。 脑代谢通过为神经元放电提供所必需的能量，对神经功能至关重要。大脑中的许多代谢过程由星形胶质细胞完成；这是一类胶质细胞，长期以来一直被视为神经元的被动支持细胞。近年来的研究强调了星形胶质细胞在许多关键神经过程中的独特作用；然而，对于星形胶质细胞在不同物种之间如何存在差异，人们仍知之甚少。 为更好地表征这一点，我们建立了一个跨物种共培养模型，使用来源于人类或黑猩猩诱导多能干细胞（iPSC）的星形胶质细胞和神经元。该共培养系统使我们能够评估细胞类型特异性效应，以及可能驱动整体脑代谢差异的细胞相互作用中的物种特异性差异。 我们进行了单细胞RNA测序以及Seahorse XF线粒体应激测试，观察到人类神经共培养体系比黑猩猩神经共培养体系具有更高的代谢活性。跨物种共培养系统还进一步表明，星形胶质细胞是驱动代谢中主要物种差异的关键因素，而神经元则对星形胶质细胞的活性表现出高度响应性。 我们得出结论，神经元和星形胶质细胞在灵长类动物中均经历了不同的进化，而这两类细胞之间的代谢相互作用是灵长类大脑进化的关键贡献因素。
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灵长类动物的显著特征之一是相对于体型而言具有较大的大脑，而人类表现出最大程度的大脑扩张。脑体积的这一增长与高级认知能力的演化以及升高的能量需求同步发生。重要的是，单凭异速生长标度关系并不能解释这种增加的代谢需求，这表明其他细胞机制可能正在驱动人类大脑独特的能量供给能力。脑代谢通过提供神经元放电所需的能量，对神经系统功能至关重要。大脑中的大量代谢活动由星形胶质细胞完成：这是一类长期以来被视为神经元被动支持细胞的胶质细胞。较新的研究已强调星形胶质细胞在许多关键神经过程中的独特作用；然而，不同物种间星形胶质细胞的差异仍知之甚少。为更好地表征这一点，我们建立了一个跨物种共培养模型，使用来源于人类或黑猩猩诱导多能干细胞（iPSC）的星形胶质细胞和神经元进行共培养。该共培养系统使我们能够评估细胞类型特异性效应，以及可能驱动脑代谢总体差异的细胞相互作用中的物种特异性差异。我们进行了单细胞 RNA 测序以及 Seahorse XF 线粒体应激测试，观察到人类神经共培养体系的代谢活性高于黑猩猩神经共培养体系。跨物种共培养系统还进一步表明，星形胶质细胞是驱动物种间代谢主要差异的关键因素，而神经元则对星形胶质细胞的活性表现出高度响应。我们得出结论：在灵长类动物中，神经元和星形胶质细胞均发生了不同方式的演化，而这两类细胞之间的代谢相互作用是灵长类大脑演化的重要贡献因素。
利益冲突声明
已声明资助信息
美国国家科学基金会， https://ror.org/021nxhr62 ，BCS-1750377
美国国立卫生研究院共同基金， https://ror.org/001d55x84 ，GM135096
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持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。
本文依据 CC-BY-NC-ND 4.0 国际许可协议 公开提供。
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发表于 2026 年 8 月 1 日。
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跨物种神经共培养揭示细胞串扰的代谢特征
Katherine J Rickelton， Rithvik Sandiri， Jessica Roy， Aliyah Dalier， Courtney C Babbitt
bioRxiv 2026.07.31.741820； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.31.741820
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跨物种神经共培养揭示细胞串扰的代谢特征
Katherine J Rickelton， Rithvik Sandiri， Jessica Roy， Aliyah Dalier， Courtney C Babbitt
bioRxiv 2026.07.31.741820； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.31.741820
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.31.741820v1?rss=1
🏷️ 跨物种共培养 神经元-星形胶质细胞互作 脑代谢 单细胞RNA测序 灵长类脑进化