神经母细胞瘤是交感神经系统的一种恶性肿瘤，起源于肾上腺髓质或椎旁交感神经节的胚胎或出生后早期发育的前体细胞^[1]。目前在神经母细胞瘤的形态学亚型和遗传学的基础上，通过单细胞转录组学分析发现，神经母细胞瘤表型异质性可分为肾上腺素能和间充质亚型^[2,3]。神经母细胞瘤发生在迁移的神经嵴细胞向交感神经元分化的过程中，包括神经嵴细胞、嗜铬细胞、成交感细胞、施万细胞前体^[4]。来自不同分化阶段的细胞也许是造成神经母细胞瘤临床表型多样的原因^[5]。高水平的施万细胞基质与良好的预后相关，而MYCN扩增、11q畸变和诊断≥18个月是预后不良的标准^[6]。低风险神经母细胞瘤的转录组类似于交感神经细胞和嗜铬细胞，而富含高风险神经母细胞瘤的恶性细胞类似于人类出生后肾上腺中确定的酪氨酸蛋白激酶基因（TRKB）+胆碱能祖细胞亚型^[7]。然而，目前对于神经母细胞瘤的细胞起源和发生机制仍然缺乏全面的认识。

神经母细胞瘤可以看作是神经嵴细胞分化失败的结果，了解正常的神经嵴分化有助于了解神经母细胞瘤的发生机制，有助于发现预防、治疗的潜在靶点^[8]。神经嵴细胞是脊椎动物胚胎发育早期的过渡性多能干细胞，起源于背侧外胚层神经板边界的神经嵴祖细胞。在胚胎发育的早期，神经嵴祖细胞聚集于神经管背侧区域，上皮细胞向间充质细胞转化过程中，细胞失去极性并获得较低的黏附力，神经嵴细胞得以分层并从神经管迁移^[9]。在调控因子的作用下，多个调控通路共同参与，经过诱导、特化和预迁移三个阶段形成神经嵴细胞；根据神经嵴的形成位置和迁移路线可将其分为颅神经嵴、迷走神经嵴、躯干神经嵴（交感肾祖细胞在特定的躯干区域发育通常被称为躯干神经嵴^[10]）和骶神经嵴^[11]。当躯干神经嵴细胞遇到血管或细胞簇等提供的终止信号时，开始分化为黑素细胞、嗜铬细胞、施万细胞、神经元以及间充质细胞等不同细胞类型^[11]。

在神经嵴细胞发育过程中有一类重要的细胞——施万细胞前体（Schwann cell precursors，SCPs），这是一类覆盖所有发育中周围神经的多能干细胞，常被认为是神经嵴直接衍生物局部招募的产物。小鼠实验发现，肾上腺髓质内的神经内分泌细胞嗜铬细胞就是由SCPs产生的。此外，黑素细胞、施万细胞、自主神经细胞、间充质细胞以及人体内所有类型的外周神经胶质细胞都是SCPs的衍生物，施万细胞是其最大衍生物。神经嵴细胞向SCPs以及SCPs向施万细胞的发展过程中存在一些具有里程碑意义的分子标记，例如SOX10和FOXD3的表达，但是这些标记又不能完全用于区分这些分化中的细胞和与神经相关的SCPs。可以将SCPs看作是一个发展中的神经嵴种群相对缓慢和流畅的延续阶段^[12]。

成熟的肾上腺髓质和交感神经节的细胞起源于神经嵴祖细胞的短暂集合。胎儿发育过程中神经嵴细胞向腹内侧迁移至肾上腺，随后在肾上腺髓质区域发育成熟：在肾上腺髓质血管形成不久后，神经嵴祖细胞诱导分化为神经嵴源性祖细胞、嗜铬细胞和神经母细胞；随着肾上腺的分带，交感神经节细胞形成；至出生时肾上腺髓质的主要细胞类型为嗜铬细胞和交感神经节细胞^[13]。腹侧细胞群形成肾上腺髓质，而背侧部分合并成肾上腺外交感神经节^[14]。肾上腺髓质中的细胞是节后神经元，受到来自中枢神经系统的节前神经元所释放的儿茶酚胺神经递质的直接支配，因此可以将肾上腺髓质看作交感神经系统的一个神经节^[15]。迁移的神经嵴细胞分列于神经管背外侧并聚集形成细胞团，分化为脑神经节和脊神经节。胚胎发育至第5周时，位于胸段的脊神经节部分分化为交感神经细胞并迁移至背主动脉的背外侧，形成两段阶段性排列的神经节即交感神经节。

交感神经系统有两个神经元水平：节前神经元主要位于胸椎外侧脊髓髓质，这些神经元不参与神经母细胞瘤的发育，因为尚未在神经母细胞瘤组织中发现其突触递质乙酰胆碱；第2个神经元是位于交感干的椎旁神经节、椎前神经节和盆交感神经节的节后神经元，其轴突离开神经节朝向目标器官，神经节后交感神经元以去甲肾上腺素为递质，与之相关的内分泌细胞嗜铬细胞产生肾上腺素。高香草醛酸和香草醛扁桃酸是儿茶酚胺的降解产物，它们通常在神经母细胞瘤患儿的尿液中富集^[16]。在肾上腺髓质中，嗜铬、肾上腺素能（约75%）和去甲肾上腺素能（约25%）细胞由节前胆碱能神经元支配^[17]。此外，肾上腺髓质承载着一小群节后神经元，以及胶质样细胞（支持细胞），因此可能被视为双交感神经节^[18,19,20]。这些现象提示了神经母细胞瘤的交感肾-副神经节起源^[10]。

在正常的交感肾上腺发育过程中，原癌基因MYCN在迁移后早期神经嵴的表达较高，用于调节神经嵴细胞的腹侧迁移和扩张；随着交感神经的进一步分化，MYCN蛋白水平逐渐降低，提示交感神经的肾上腺成熟需要低表达或不表达MYCN。在实验中也观察到MYCN转导到静止的大鼠交感神经神经元可恢复细胞循环，并阻止神经生长因子(NGF)退出引起细胞死亡现象的发生^[1]。目前认为，MYCN在迁移的主干神经嵴细胞中的整个过程中都有表达，这些细胞随后会进入交感肾谱系，在交感肾谱系增殖分化而导致肿瘤的形成^[21]。神经母细胞瘤虽然可以出现在交感神经系统的任何部位，但是以肾上腺和腹部/腹膜后区多见，MYCN的扩增是肾上腺肿瘤更高的恶性程度的特征之一，因此这一生物学标志物也被用来风险分层^[22,23,24]。

神经母细胞瘤和神经母细胞瘤细胞系包含类似未成熟交感神经元（有时称为N型细胞）和施万细胞（S型细胞）的细胞以及干细胞样细胞（Ⅰ型细胞），施万细胞比例较高的肿瘤患儿预后较好^[8]。与此结论一致的是，MYCN扩增存在于未成熟的神经母细胞瘤细胞中，却很少发现于恶性程度较低的施万样神经母细胞瘤细胞中^[25]。有动物实验研究结果表明，移植到鸡胚模型中的人类神经母细胞瘤细胞上调了神经嵴侵袭基因，这可能是导致神经母细胞瘤具有强大的侵袭性的原因^[26]。

神经板边界内的基因诱导可能导致神经嵴细胞的特异性表达：BMP信号的抑制可能是维持肿瘤细胞多能性紊乱的途径；规范的Wnt信号是神经嵴细胞诱导的充要条件；FGF可能通过直接作用于信号转导和转录激活因子3（STAT₃），或间接通过BMP途径抑制和Wnt途径激活下游通路；Notch信号在神经嵴细胞诱导中的作用具有特异性，但通常通过调节其他诱导信号途径将神经嵴祖细胞群维持在增殖的状态^[27]。

在一项原发性神经母细胞瘤肿瘤和正常胚胎的研究中，研究者通过单细胞转录组学和基因分型阵列对17个神经母细胞瘤样本进行分析，进一步证实了神经母细胞瘤的两种肿瘤细胞亚型：肾上腺素能和间充质亚群，同时又确定了第三种神经母细胞瘤状态——类似于SCPs的恶性细胞亚群。通过单细胞RNA测序技术发现肿瘤细胞群体具有表达间充质型(PRRX1, LEPR, PDGFRA, DCN)和肾上腺素能型(TH, DBH)的基因，表明了间充质和肾上腺素能的肿瘤来源^[28]。同时又有基于转录组分析的间充质细胞和定向肾上腺素能细胞特征评分表明间充质细胞与人类神经嵴衍生细胞系相似，间充质型细胞比定向肾上腺素能型细胞更原始^[22]。然而这两种假定的肿瘤亚型细胞群体是通过所谓"桥"连接在一起，这个"桥"表达了神经嵴细胞和施万细胞谱系的关键标志物SOX10和S100B等。恶性桥群与在胎儿生长发育过程中观察到的SCPs的排列一致，表明可能存在第三种不同的神经母细胞瘤状态，模仿人类胎儿的SCPs^[29]。RNA速度分析显示SCPs群体可能向间充质细胞和肾上腺素能细胞转变，综合分析推断这三个种群之间可能发生转化。利用小鼠的谱系追踪实验，也同样观察到肾上腺素能细胞和间充质细胞类型共享一个直接发育祖细胞^[30]。如果这些转变确实遵循从SCPs开始的发展方向，这就意味着肿瘤细胞SCPs样状态构成了一个恶性的茎（祖）群体，可能是神经母细胞瘤的起源。当然也不能排除相反方向的转变会导致肾上腺素能或间充质群体脱分化为SCPs样状态^[29]。

大多数神经母细胞瘤发生在腹部，与肾上腺或交感神经节有关，结合肿瘤好发部位以及神经母细胞瘤的细胞和神经化学特征，很容易推断神经母细胞瘤起源于发育过程中的神经嵴的交感肾谱系。目前普遍认为神经母细胞起源于发育中的交感神经系统的细胞，并且很可能来自分化为交感神经节细胞和肾上腺嗜铬细胞的交感肾祖细胞^[31]。交感肾细胞系是神经嵴细胞系的一个主要亚系，产生交感神经元、嗜铬细胞和中间小的强荧光细胞。研究者对鸡胚进行单细胞标记，观察神经管的分层情况，发现分层前存在于神经嵴的单个神经嵴祖细胞可分化为交感神经元和肾上腺嗜铬细胞。结合之前的研究结果，他们认为这些亚系的表型多样性很可能发生在神经管分层之后和目标相遇之前，交感肾谱系的命运可能在神经嵴祖细胞迁出前就已经决定了。但是这一观点还需要在合适的时间和轴向位置在体内进行单细胞谱系分析来确认^[21]。

此外，还有许多其他事实直接或间接证明神经母细胞瘤起源于神经嵴交感肾谱系的祖细胞，具体如下：①每200名新生儿中就有1名出现在肾上腺的原位神经母细胞瘤，并且通常会自发消退，在组织学上类似于残余的玫瑰花结样交感神经排列^[32,33]；②神经母细胞瘤在MYCN转基因小鼠中自行发育^[33]；③神经母细胞瘤细胞系保留了沿着特定神经嵴路径迁移的能力，并能定植神经嵴细胞的组织靶点^[34]；④神经母细胞瘤的基因表达模式在许多方面与神经嵴祖细胞的基因表达模式相似^[35]。

在最近的一项研究中，研究团队首先研究了来自四个胎儿肾上腺组织的49 209个细胞的多样性：通过单细胞测序技术和免疫组织化学分析，证实了3种主要交感肾细胞类型的存在，包括表达SOX10、PLP1和S100B的SCPs，表达CARTPT和INSM1的交感神经母细胞和表达PHOX2B和ISL1的嗜铬细胞。进一步的轨迹分析也显示了SCPs和嗜铬祖细胞向交感细胞的低分化趋势。相比之下，分化的嗜铬细胞和交感细胞代表两种终端状态，没有分化成其他类型细胞的潜力。该研究支持了之前在小鼠身上的发现：SCPs经历了一个中间增殖阶段，是嗜铬细胞的直接前体^[28]。随后他们又对16名初治患儿的160 910个肾上腺源性神经母细胞瘤样本进行单细胞RNA测序分析，由此确定了8种主要细胞类型，并通过大规模染色体拷贝数变异中基因表达的变化将细胞分为恶性细胞和非恶性细胞。他们发现神经内分泌细胞即去甲肾上腺素能细胞表现出17p增加、11q减少和1q减少的染色体拷贝数的变异现象；而在成纤维细胞和间充质细胞却很少检测到染色体拷贝数变异，因此推断染色体拷贝数变异与间充质细胞类型恶性不具有一致性^[28]。这一结果与最近间充质表型与神经母细胞瘤异质性相关的研究结论相反^[36]。此外，他们通过绘制转录组图谱对肿瘤细胞表型进行全面分析，比较恶性元程序与上述单细胞转录组分析假定的起源细胞的转录特点，发现两者之间具有极为相似的分子特征。随后他们通过K-最近邻算法推断肿瘤细胞身份，发现大多数癌细胞显示出明显的嗜铬细胞样特征，并且肾上腺神经母细胞瘤肿瘤细胞转录与肾上腺素能嗜铬细胞相似^[28]。

在另外一项研究中，研究者证实交感神经和肾上腺这两个谱系的分离发生在胚胎发育的早期阶段。通过肾上腺髓质细胞的单细胞RNA测序，在胚胎发育阶段的嗜铬细胞刚刚开始形成阶段，他们发现了代表施万细胞前体转变到嗜铬细胞转变之间连续状态的中间类型。然而，在施万细胞前体和交感神经母细胞簇之间，或在嗜铬细胞和交感神经母细胞之间，没有发现这种中间类型的细胞。鉴于在大多数情况下，肿瘤局限于肾上腺区域，因此研究者认为神经母细胞瘤和嗜铬细胞瘤可能由这种嗜铬谱系特异性发展而来^[14]。通过以上分析，本研究认为肾上腺神经母细胞瘤转录具有去甲肾上腺素能嗜铬细胞特征，嗜铬细胞或是神经母细胞瘤的细胞起源。

最近的一项研究通过比较癌症和正常胎儿肾上腺单细胞转录组来揭示神经母细胞瘤癌细胞的表型，他们发现，人类胚胎中的SCPs通过"叉样"过渡分化到STMN2⁺ISL1⁺PRPH^-交感细胞和CHGA⁺PENK⁺PNMT⁺嗜铬细胞，叉状过渡中的细胞同时表达SCPs程序的关键标记与嗜铬细胞和交感细胞程序的标记，进一步的生物学信息验证了从交感神经母细胞到嗜铬细胞的转变。研究团队通过整合神经母细胞瘤基因组的典型特征和转录信号，在650个神经母细胞瘤体转录组中证实了交感神经母细胞状态是神经母细胞瘤细胞的普遍特征，它超越了细胞簇多样性、个体性和临床表型^[4]。此外，他们通过对Dong等^[28]和Olsen等^[29]获得的神经母细胞瘤活检样本进行联合分析发现；胚胎腹腔间充质群体与肿瘤样本中的间充质细胞相似；SCPs群体与肿瘤样本中的施万细胞成分相似；大多数肾上腺素能肿瘤细胞与胚胎交感神经母细胞明显相似；部分肿瘤细胞与嗜铬细胞相似。所观察到的神经母细胞瘤肾上腺素能成分与健康交感细胞的相似性表明，一些未成熟的交感细胞或它们的直接祖细胞可能是肿瘤的起源点^[4]。

在脊椎动物中，神经嵴是一个短暂的细胞群，可以产生各种细胞群，神经嵴的诱导和衍生细胞的指定受到复杂的基因调控网络的调控。分层和迁移的神经嵴细胞表达SOX10基因，它是SRY相关HMB盒子转录因子家族的一员，其中SOX10在神经嵴衍生物中发挥多种功能，包括维持交感神经和神经胶质祖细胞神经胶质生成，维持神经胶质生成潜能的干细胞状态，维持神经胶质谱系特性。因此，表达SOX10的迁移的神经嵴细胞有可能分化为交感神经和神经胶质细胞系，SOX10在交感神经肾系和神经胶质系细胞中的表达模式在其谱系被决定时变得不同^[22]。单细胞RNA测序揭示了施万细胞前体向嗜铬细胞分化过程中的一个复杂基因调控机制：施万细胞前体进入一个瞬时细胞状态的独特基因表达程序，形成一种中间祖细胞类型，即桥细胞，随后该基因程序和嗜铬细胞基因网络抑制胶质细胞基因程序，使细胞进入嗜铬细胞阶段。神经母细胞具有特定的转录程序是其重要特征。因此，鉴定新的肾上腺祖细胞SCPs和桥细胞可能有助于了解神经母细胞瘤和嗜铬细胞瘤的起源^[14]。

根据已有事实，可以认为髓质细胞的谱系轨迹始于SCP簇。然而在早期的研究中，施万细胞被认为是神经母细胞瘤的分化产物而不被认为是神经母细胞瘤的细胞起源^[24]。最近一项研究发现髓质SCP簇的特征可根据疾病表型区分神经母细胞瘤患儿：SCP特征评分与ALK和MYCN表达负相关，后者是预后不良的两个指标，而高SCP特征评分与更好的总体生存率相关^[6]。在另外一项研究中发现尽管神经母细胞瘤SCP样状态与正常胎儿肾上腺SCPs有显著差异,但是SCP样桥种群表达了施万细胞系的多种标志物^[29]，结合神经母细胞瘤主要发生在肾上腺（约50%），SCPs被认为是神经母细胞瘤的起源之一。

神经母细胞和神经母细胞瘤表达谱的相似性进一步支持了"起源细胞"的概念。为证实这一结论，研究人员进行了如下实验。首先，对芯片上所有基因进行无偏多维标度显示，神经母细胞瘤聚集在神经母细胞附近，两组聚集在远离胎儿肾上腺皮质细胞的地方。其次，用79个正常组织和三个神经干细胞培养的公开表达谱（在同一平台上测量）扩展数据集。基于神经母细胞和皮质样本之间差异表达的基因，多维标度再次表明，神经母细胞瘤聚集在神经母细胞附近，远离其他正常组织。同时发现，神经干细胞也聚集在靠近神经母细胞瘤和神经母细胞的地方。最后，他们通过对其表达谱的分类分析发现，与皮质细胞相比，成神经细胞与神经母细胞瘤的共同表达基因更多。同样的，对432个常见基因的GO分析显示，神经母细胞瘤细胞和神经母细胞的相似性更为明显^[14]。

最近，关于神经母细胞瘤异质性的研究发现，高危的神经母细胞瘤类似于人类出生后肾上腺中发现的一个新的TRKB+胆碱能祖细胞群。因此有人提出，在SCPs分化为嗜铬细胞和神经母细胞时，胚胎发育的程序错误引起危险程度较低的肿瘤，而部分高危的肿瘤可能与生后TRKB+胆碱能祖细胞重新填充嗜铬细胞有关^[7]。

对于神经母细胞瘤的起源，目前较为统一的认识是其起源于发育中的肾上腺髓质和交感神经链，而不同阶段和分化状态细胞来源也许是造成神经母细胞瘤异质性的重要原因。高风险的肿瘤往往分化程度较差、分化水平较低、诱导较高程度的脱分化，低风险的肿瘤往往形成于胚胎发育后期，诱导较高程度的分化。诸多动物实验和肿瘤细胞单细胞测序分析都证实了这一点。然而，由于在其他脊椎动物中未观察到自然发生的神经母细胞瘤样肿瘤，在进化过程中，神经母细胞瘤的易感风险可能存在于与人类相关的基因组中。因此，如果不使用人类来源的细胞，可能无法通过实验复制神经母细胞瘤的真正起始点^[22]。

越来越多的研究正逐步揭示着神经母细胞瘤的神秘起源，从最早的神经嵴细胞到后来的施万细胞前体、成交感细胞和去甲肾上腺素能嗜铬细胞；从小鼠、斑马鱼、鸡胚试验到对人类胎儿肾上腺以及肿瘤细胞进行单细胞研究；从组织病理学、细胞形态学到细胞生物学、遗传免疫学和分子生物学，随着探索进程越来越迅速，聚焦点也越来越细致。细胞状态的定义、计算方法的选择和数据分析可能是造成不同研究者对肿瘤细胞起源有不同见解的原因之一。随着单细胞测序技术的发展和信息的整合和统一，相信人们对神经母细胞的起源和发展轨迹的认识会越来越清晰。