在当代神经科学的最前沿，研究者正试图回答一个宏大问题：人类大脑何以如此独特？我们的语言、认知和推理能力远超其他哺乳动物，其基础之一便是高度复杂的大脑皮层结构。在进化过程中，皮层的形成不仅依赖于神经祖细胞（ NPCs）的扩增与分化，也受制于调控序列的物种特异性表达。人类加速进化区（Human Accelerated Regions, HARs）是一类在哺乳动物中高度保守的非编码序列，是人类与黑猩猩从进化上分开以后进化最快的区域。HARs被认为在人类大脑皮层衍进中发挥关键作用，但具体功能与机制尚不清楚。
2025年5月14日，杜克大学医学院Debra Silver教授团队在顶刊Nature发表了题为“A human-specific enhancer fine-tunes radial glia potency and corticogenesis”的研究文章，通过基因编辑小鼠和皮层类器官模型首次发现，人类加速进化区的增强子HARE5通过激活经典WNT信号通路促进神经祖细胞增殖，从而促进了人类大脑皮层发育与进化。该研究为人类大脑皮层的复杂性和独特性提供了新的解说。
01 HARE5的生理定位及功能
研究人员首先发现，在皮层发育早期，人类特异性增强子HARE5富集于神经前体细胞（NPCs）中，作为高活性增强子显著上调了靶基因Frizzled8（FZD8）表达。
图：Hs-HARE5促进皮质发育过程中神经祖细胞的扩增
FZD8属于Frizzled受体家族，是WNT信号的关键下游受体之一，在出生前人类新皮质中具有显著高于恒河猴及小鼠的表达水平。为了验证HARE5诱导的FZD8表达上调是否与皮层发育相关，研究人员在小鼠模型中敲入人源HARE5（Hs-HARE5），结果发现，小鼠皮层面积及成熟兴奋性神经元数量显著增加6.5%。功能性钙成像技术也显示，Hs-HARE5在小鼠皮层区域重塑了神经网络的功能连接状态。此外，在早期神经发育过程中，Hs-HARE5也增强了神经祖细胞的自我更新能力及神经发生潜力。
以上结果指出，在生理条件下，人类特异性突变HARE5通过上调FZD8表达促进皮层发育。
图：Hs-HARE5促进小鼠皮层扩张和新皮层连接
02 从黑猩猩到人类：HARE5四个核苷酸突变造成的皮层发育差距
在证明了HARE5与大脑皮层发育的紧密关系后，研究人员试图进一步探索HARE5与皮层进化的关系。人类和黑猩猩的HARE5在超保守区域中存在四个核苷酸的突变。在此，研究人员引入人类和大猩猩皮层类器官模型，对HERE5突变的影响进行了深入研究。
类器官是一种体外自组织3D结构，与来源组织具有分子水平和细胞结构上的相似性，因此已成为体外机制探索的良好平台。本文中，研究人员首先利用基因编辑技术将人胚胎干细胞（ESC）中的Hs-HARE5序列基因替换为黑猩猩HARE5序列（Pt-HARE5），而后将ESC诱导分化以形成人皮层类器官。结果发现，FZD8表达及NPC有丝分裂显著下降，表明皮层类器官失去了人类高度发达的皮层特性。
相对，在黑猩猩皮层类器官中敲入Hs-HARE5则完全逆转了上述表型，说明四个位点的突变即可跨物种增强NPC的增殖能力，这与基因编辑小鼠模型中的观察结果一致，再次论证了Hs-HARE5对于人类皮层复杂性和功能性的重要意义。
图：人类特异性HARE5变体通过改变增强子活性直接影响人类和黑猩猩的 NPC 增殖
进一步的分子机制分析显示，无论是在体内小鼠模型、体外NPC转染还是类器官中，Hs-HARE5组内WNT活性均有显著提升。此外，FZD8过表达实验亦能部分复制Hs-HARE5的效应。激动剂CHIR99021也能以剂量依赖性方式显著促进了人NPC的增殖，进一步验证了其与WNT通路激活之间的联系。
图：Hs-HARE5通过典型的 WNT 信号传导促进祖细胞增殖
Wnt / novoprotein
WNT信号通路是一类高度保守的细胞通讯机制，在胚胎发育、细胞命运决定与组织再生中发挥核心调控作用。此先的研究表明，大脑发育过程中，经典WNT通路通过Frizzled受体及β-catenin依赖机制调控神经前体细胞（NPC）的自我更新、增殖以及神经发生。
在脑类器官构建中，WNT信号是皮层祖细胞发育及神经谱系建立所不可或缺。在其他类型的类器官（如肠道、心脏、胃、肺、视网膜、乳腺和前列腺类器官）中，WNT3a 也是最常使用的细胞因子之一。
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03 总结
本文利用类器官模型和基因编辑技术，清晰地描绘出HARE5通过WNT通路调控神经祖细胞增殖、进而塑造人类大脑皮层演化路径的分子机制。发现人HARE5中四个核苷酸的突变决定了人类大脑皮层区别于黑猩猩的复杂特性，为人类大脑的发育进化及相关脑部疾病的病理研究提供了重要启示。
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