2023年11月，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课题组的一项科学研究在国际材料科学顶级学术期刊《Advanced Science》以封面文章形式发表了题为《Uncovering the role of FOXA2 in the Development of Human Serotonin Neurons》的研究文章：首次阐明了转录因子FOXA2在人类血清素神经元（又名5-羟色胺能神经元，5-HT neuron，serotonin neuron）的分化发育过程中的真实作用。这项研究对于深入理解人类血清素神经元的发育调控、提高人类多能干细胞向血清素神经元的分化效率、探索相关疾病机制、制备高纯度种子细胞和建立高通量药物筛选平台等有着极其深远的意义。

在过去几十年的动物研究中普遍认为：Foxa2是由小鼠血清素神经元前体细胞（又称为5-羟色胺能前体细胞，serotonergic neural progenitors，SNPs）表达，其对SNP向成熟血清素神经元的分化起到极其关键的命运决定作用。因此，一直以来，包括陆建峰教授课题组在内的全球多家研究团队都认为FOXA2在人类血清素神经元分化发育中是一个关键的正向信号【1-3】。然而，在无饲养层细胞干扰的定向诱导分化体系中，经过大量的重复实验，陆建峰教授课题组却意外地发现：随着SNP阶段FOXA2比例的增高，获得的非神经元细胞增加了而血清素神经元的比例却降低了。这一结果促使研究者反思：FOXA2在人类血清素神经元分化中到底起什么作用？ 

在该项研究中，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，探讨了FOXA2在人类血清素神经元分化发育中的作用。与过去的小鼠研究结果不同，研究者发现人类血清素神经元并不来源于FOXA2谱系细胞，即FOXA2阳性细胞并非SNP；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，更为重要的是，研究者在单细胞水平证明了这类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；与预测一致，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，研究者通过实验得出结论：FOXA2阳性细胞本身并非SNP，其作用是直接分泌Sonic Hedgehog（SHH）来促进真正的SNP向血清素神经元分化；因此，在SNP阶段维持高比例的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的表达和动态激活Sonic Hedgehog（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。

这一科学研究不仅为人类血清素神经元相关的研究与应用提供了重要的理论依据、科学线索和技术方案，更为重要的是，这也说明了科学需要反复推敲、善于思考、理性质疑，严谨论证，在尊重科学和掌握大量事实数据的基础上，勇于推翻经典理论，最终才能不断以“实事求是”的精神为科学领域带来新的突破。

本项研究工作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、国自然基金面上项目、国自然基金青年项目、国自然基金重点项目、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/main.htm 师资队伍-教授-陆建峰

 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.