神经元如何成为神经元？它们都始于未分化且有潜力成为体内任何细胞类型的干细胞。

然而直到现在，这个过程究竟是如何发生的仍然是一个科学之谜。由加州大学圣巴巴拉分校的神经学家们进行的一项新研究已经破译出在干细胞转化为神经元及其他细胞类型之前发生的最早期变化。

在培养皿中培养人类胚胎干细胞时，博士后Jiwon Jang发现了一个在细胞分化中起关键作用的新通路。这一发现刊登在细胞（Cell）杂志上。

“Jiwon的发现非常重要，因为它使我们对干细胞的工作方式，以及它们开始进行分化的方式有了根本性的了解，”UCSB分子，细胞与发育生物学系神经科学研究教授，文章的通讯作者Kenneth S. Kosik说道。“这是该领域中缺失的非常基本的一块知识。”

当干细胞开始分化时，它们先形成前体：有潜力成为脑细胞如神经元的神经外胚层；或中内胚层，它们最终成为器官，肌肉，血液和骨骼细胞。

Jang和Kosik在标记PAN（纤毛，自噬作用的Nrf2）轴时发现了一些步骤。这种新发现的通路似乎决定着干细胞的最终形式。

“该PAN轴在细胞命运决定中是一个非常重要的因子，”Jang解释说。“G1期延长诱导纤毛突起，细胞突起暴露的时间越长，接收到的信号就越多”。

一段时间以来，科学家们已经知道G1期是细胞周期四个阶段的第一个阶段，但他们并不清楚其在干细胞分化中的作用。Jang的研究表明，在注定要成为神经干细胞后，延长的G1期触发导致干细胞演变成神经外胚层的其他行为。

在这个延长的G1间期，细胞发育成初级纤毛，触角样的突起能够感知所处的环境。纤毛激活细胞被称为自体吞噬过程的垃圾处理系统。

另一个重要因子是Nrf2，它监视细胞危险分子，例如自由基——这对健康细胞的形成是一项特别重要的工作。

“Nrf2就像一个细胞的守卫者，确保细胞功能正常，” 学院神经科学研究所的共同主任Kosik说。“Nrf2的水平在干细胞中是非常高的，因为干细胞有分化潜能，如果没有Nrf2监控基因组的完整性，将来的后代就会有麻烦”。

Jang的工作表明，Nrf2的水平随着G1期的延长会下降。这是很显著的，Kosik注意到，因为Nrf2通常不会降低直到细胞已经开始分化。

“我们曾经认为，在相同条件下，如果两个细胞相同，那么两者会以相同的方式分化，但是我们发现实际并非如此，”Jang说。“细胞的命运由延长的G1期控制，这会使纤毛接触到环境信号的时间延长，这是一个很酷的概念。”