行走、呼吸、游泳，这些节律性动作对人类和动物而言近乎本能，一个健康成年人日均步行约 7500 步，一生累计行走里程足以环绕地球四圈，这套看似毫不费力的循环动作，背后依靠脊髓内一套极度精密、分工明确的神经环路支撑。
世界卫生组织数据显示，全球每年有 25 万至 50 万人遭遇脊髓损伤，运动节律紊乱、肢体屈伸异常是这类患者最难攻克的后遗症之一。长久以来科研界已知，脊髓内存在一类名为中间神经元的 “中枢管家细胞”，它们承接大脑下达的运动指令、整合四肢传递的本体感觉信号，再将加工后的信号精准输送给支配肌肉的运动神经元。
但这类神经元亚型繁杂、功能高度交织，如同一个人员庞大的综合部门，不同岗位的细胞外观、基础分子特征高度相似，究竟哪类细胞管控行走快慢、哪类负责肢体弯曲伸展，长期以来始终无法精准区分，成为运动神经领域悬而未决的核心难题。
近日，圣犹大儿童研究医院联合科隆大学、哥伦比亚大学等多家机构的科研团队，在Nature Communications发表题为 Transcriptomic analysis of spinal V1 interneurons informs their multifunctional role in motor output 的重磅研究，该工作以小鼠脊髓 V1 抑制性中间神经元为研究核心，借助单细胞核 RNA 测序（snRNA-seq）技术搭建了覆盖小鼠出生至成年的超高分辨率 V1 神经元分子图谱，首次在细胞亚群层面完成两大运动核心功能的解耦，彻底厘清了 V1 神经元内部的功能分工逻辑，也为脊髓损伤、运动功能障碍的靶向修复开辟了全新方向。
研究团队首先依托 INTACT 细胞核标记分选技术，特异性富集 V1 中间神经元的细胞核，对出生当天（P0）、出生后 14 天（P14）、28 天（P28）、56 天（P56）四个关键发育阶段的样本开展高通量测序，最终获得超过 89000 个高质量 V1 细胞核的转录组数据，构建出完整的发育时序分子图谱。
这份图谱清晰呈现两大核心规律：一方面，V1 神经元的基因表达会随发育阶段发生显著时序变化，出生后前两周转录动态改变最为剧烈，大量参与轴突生长、突触构建的基因表达水平逐步下调，而负责突触信号传递、离子通道调控的基因持续上调，完美匹配小鼠运动环路成熟、自主行走能力完善的生理进程；另一方面，尽管基因表达存在阶段性动态波动，V1 神经元的核心分子分型特征从新生期完整保留至成年，依据标志性转录因子划分的细胞亚型具备稳定、永久的身份属性，不会随成熟发生亚型间的相互转化。
依托这套高清细胞分子 “花名册”，研究团队终于解答了困扰领域十余年的矛盾现象：过去的实验发现，全部敲除小鼠脊髓 V1 神经元后，动物会同时出现两大运动缺陷——节律性行走速度大幅放缓、后肢严重过度屈曲，但受限于技术手段，学界始终无法判断这两种缺陷来自同一类神经元，还是由 V1 群体内不同亚群分别介导。
为拆分两种功能，研究人员设计了组织特异性基因编辑模型，仅在脊髓区域条件性敲除定义 V1 神经元身份的核心转录因子En1，以此区分 “全部 V1 细胞缺失” 和 “仅 En1 通路受损” 两种情况。电生理记录离体脊髓的虚拟运动节律、视频运动学捕捉小鼠肢体关节角度的结果显示，En1条件敲除小鼠的运动振荡频率显著降低，和全部消融 V1 细胞的慢速行走表型完全一致，但小鼠后肢踝、膝关节的屈伸角度完全正常，不存在过度屈曲的问题。
与之形成对照，特异性消融占 V1 群体半数以上的V1Foxp2 亚群，小鼠运动节律速度没有任何改变，直接证明调控行走速度与管控肢体屈伸是两套相互独立、由不同 V1 亚群承载的功能模块。
研究团队进一步比对正常小鼠与En1敲除小鼠的 V1 单细胞转录组，锁定了介导运动速度调控的专属细胞亚群：仅携带Pou6f2与Nr5a2共表达特征的V1Pou6f2 神经元在 En1 缺失后数量大幅衰减，其余 13 类 V1 细胞亚型的丰度、分子特征均未出现明显改变；免疫荧光染色也验证，En1缺陷小鼠腰椎脊髓中Pou6f2+、Nr5a2+神经元占比下降近 40%，其余由 Foxp2、Sp8、Calbindin1（MafA）、Rnf220 标记的四大 V1 主干亚型数量无统计学差异。该亚型还特异性高表达机械感受离子通道Piezo2，暗示其可接收四肢本体力学信号，以此动态校准运动节律快慢，相当于脊髓环路里专属的 “行走调速开关”；而肢体屈伸平衡功能，则主要由不受 En1 缺失影响的V1Foxp2亚群承担，两类细胞接收脑干不同下行运动核团的调控输入，实现运动速度与肢体姿态的并行独立调控。
除了揭示核心功能细胞，该研究还突破性完善了 V1 神经元的完整分类体系，在既往 Foxp2、MafA、Pou6f2、Sp8 四大经典分支之外，鉴定出以Rnf220为分子标记的第五大 V1 主干亚型，五大亚型相互独立、仅存在极低比例的表达重叠，共同覆盖超过 95% 的脊髓 V1 中间神经元。
同时团队系统解析了每一类 V1 亚群专属的转录因子、电压门控钾/钙通道、谷氨酸受体分子特征，搭建了可公开检索、可视化交互的线上数据库，所有研究者均可自由查询不同发育阶段、不同亚型 V1 神经元的基因表达谱，实现细胞分子特征与运动行为表型的直接对应。
这项工作跳出了以往 “笼统调控整条神经细胞大类” 的传统思路，为运动障碍临床干预提供了精准靶向策略。针对脊髓损伤后行走迟缓的患者，未来可定向激活、修复V1Pou6f2 神经元，无需干扰负责肢体屈伸平衡的其他 V1 亚群，避免干预后出现肢体僵硬、过度弯曲等副作用；对于中风、脊髓病变引发的步态异常、肢体痉挛，这套分亚型调控逻辑也能大幅提升康复干预的精准度，减少脱靶带来的运动功能紊乱。
当然，该研究距离落地临床康复仍存在不可忽视的转化鸿沟：实验模型仅基于小鼠脊髓构建，小鼠与人类脊髓 V1 神经元的亚型比例、分子标记、上下游环路连接存在物种差异；同时研究仅在新生健康小鼠中验证了 En1、V1Pou6f2的功能，尚未在脊髓损伤、运动痉挛等病理模型中验证靶向调控的修复效果，也缺乏特异性靶向V1Pou6f2 的基因工具，无法直接单独消融/激活该亚群以完成因果验证。
但该研究建立的科研范式具备极强的行业借鉴价值：面对脊髓、大脑错综复杂的神经环路，无需盲目对整体细胞群体进行调控，而是依靠单细胞转录组绘制细胞精细分型图谱，把复杂的整体运动行为拆解为速度、姿态、节律等细分功能，再定位每一项细分功能对应的专属细胞亚群，逐层拆解神经环路的调控逻辑。
对于全球数百万饱受脊髓损伤、帕金森、脑瘫等运动功能障碍折磨的患者而言，这份清晰标注了每一类 V1 神经元功能的分子图谱，为康复医学、神经修复领域点亮了全新路标，脊髓内专属 “调速细胞” 的发现，也让通过精准细胞靶向重塑正常行走节律的康复方案拥有了坚实的分子基础。
参考文献：
Trevisan, A.J., Han, K., Chapman, P.D. et al. Transcriptomic analysis of spinal V1 interneurons informs their multifunctional role in motor output. Nat Commun (2026). doi：10.1038/s41467-026-76522-3
来源 | 生物谷
编辑 | VOX