血清素（serotonin）又称为五羟色胺 (5-hydroxy tryptamine，5-HT)，是大脑中关键的一类神经递质，其主要功能是调控情绪、认知、睡眠、食欲、感觉等过程。而在神经精神类疾病中，比如抑郁症、双相情感障碍、厌食症、慢性疼痛等，都出现血清素神经递质的异常；更重要的是，调控血清素水平的选择性5-羟色胺再摄取抑制剂（SSRIs）类药物是目前临床治疗抑郁症和双相情感障碍等的常用药物。血清素神经元（又称为五羟色胺能神经元）是中枢神经系统中血清素神经递质的唯一来源，建立体外人类血清素神经元细胞模型，并研究其发育及功能，有助于理解血清素神经递质在中枢神经系统的功能和作用机制，为上述神经精神类疾病提供重要的研究模型，为抗抑郁药或其他神经精神类药物提供重要的体外药物筛选平台。

一直以来，由于缺乏可靠的体外人类血清素神经元模型，对于血清素神经元的发育研究一直集中于啮齿类动物。2016年，陆建峰教授首次从人类多能干细胞定向分化获得了人类血清素神经元，相关研究发表于Nature Biotechnology^[1]。近些年，该团队一直致力于揭示人类血清素神经元发育的奥秘及其在相关疾病中扮演的角色。2022年，陆建峰团队首次建立了可以指示成熟人类血清素神经元的荧光报告系统（Stem Cell Reports封面文章）^[2]；2023年，基于该荧光报告系统，该团队从单细胞测序水平首次证实了人与小鼠血清素神经元在发育调控机制、细胞分群和基因表达方面的显著差异，该研究更是发现：传统观念中对于小鼠血清素神经元发育调控起关键促进作用的FOXA2转录因子，在人类血清素神经元的发育过程中竟然起到完全相反的作用(Advanced Science封面文章)  ^[3]；这些研究推动该团队进一步思考：人类血清素神经元的发育调控网络到底是什么样子的？

在人类多能干细胞向血清素神经元定向分化的整个过程中，会不可避免的产生大量杂细胞并影响转录组学的研究，从而掩盖血清素神经元发育过程中关键的转录因子表达情况。2024年4月22日，Stem cell research & therapy杂志在线发表了来自同济大学生命科学与技术学院陆建峰教授团队题为“Transcriptomic profiling across human serotonin neuron differentiation via the FEV reporter system”的研究论文。在该研究中，该团队采用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建了指示未成熟血清素神经元的FEV-EGFP报告系统。研究发现FEV的表达时间早于TPH2的表达时间；利用FEV-EGFP报告系统，采用流式细胞分选技术，获得了纯度高达95%的未成熟血清素神经元，伴随着分化时间的延长，最终这些纯化细胞全部分化为TPH2阳性的成熟血清素神经元。借助TPH2-EGFP和FEV-EGFP这两个报告系统，该研究对于发育不同阶段的人类血清素神经元进行纯化，并对4个不同发育节点（干细胞期、血清素神经前体期、未成熟血清素神经元期和成熟血清素神经元期）的细胞进行了RNA-seq检测以及转录组学比对分析，结合RNA-seq和单细胞数据首次绘制了人类血清素神经元的发育转录图谱。这些发现可以帮助我们理解人类血清素神经元的发育进程以及关键转录因子；在未来的研究中，该团队将深挖高通量测序数据，希望能够找到更加早期决定血清素神经元分化命运的分子，通过调控这类分子的表达水平，优化分化策略，建立高通量的人类精神病类药物筛选平台，并探索与血清素神经元相关的细胞治疗研究。

博士研究生李英祺为论文的第一作者。陆建峰教授、曹立宁研究员为论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委、科技部重点研发计划、同济大学附属养志康复医院（上海市阳光康复中心）人才基金和中央高校基本科研业务费-科技领军人才团队项目等项目的支持。

参考文献

1. Lu J., Zhong X., Liu H., Hao L., Huang C. T., Sherafat M. A., Jones J., Ayala M., Li L., Zhang S. C. (2016). Generation of serotonin neurons from human pluripotent stem cells. Nat. Biotechnol., 34, 89-94.

2. Xu T., Duan J., Li Y., Wang G., Li S., Li Y., Lu W., Yan X., Ren Y., Guo F., Cao L., Lu J. (2022). Generation of a TPH2-EGFP reporter cell line for purification and monitoring of  human serotonin neurons in vitro and in vivo. Stem Cell Rep., 17, 2365-2379.

3. Xu T., Cao L., Duan J., Li Y., Li Y., Hu Z., Li S., Zhang M., Wang G., Guo F., Lu J. (2023). Uncovering the role of FOXA2 in the Development of Human Serotonin Neurons. Adv. Sci., 10, e2303884.