史上最大人腦細(xì)胞圖譜問世

人腦是人體最復(fù)雜的器官，科學(xué)家一直對其進(jìn)行研究。2023年10月12日，分別刊發(fā)于《科學(xué)》《科學(xué)進(jìn)展》《科學(xué)-轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》的21篇論文，公布并闡釋了迄今最大的人類腦細(xì)胞圖譜，揭示了3 000多種腦細(xì)胞類型的特征，其中許多是科學(xué)上的新發(fā)現(xiàn)。

這一巨大的細(xì)胞圖譜提供了大腦的詳細(xì)快照，有助于深入了解人腦的獨(dú)特之處，推動腦部疾病、認(rèn)知能力等方面的研究。

據(jù)悉，上述研究是美國國立衛(wèi)生研究院“推進(jìn)創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)腦研究計劃——細(xì)胞普查網(wǎng)絡(luò)”(BICCN)的一部分。該計劃旨在對人類、非人類靈長類動物、小鼠等的腦細(xì)胞類型進(jìn)行編目，以提高對知之甚少的大腦疾病背后細(xì)胞機(jī)制的理解。

澳大利亞墨爾本大學(xué)弗洛里神經(jīng)科學(xué)與心理健康研究所神經(jīng)科學(xué)家Anthony Hannan表示，研究人員曾使用磁共振成像技術(shù)等繪制人腦圖譜，但上述研究公布的是第一張單細(xì)胞水平完整人腦圖譜，展示了復(fù)雜的分子相互作用。該圖譜為更好了解人類大腦奠定了基礎(chǔ)。

在該研究中，荷蘭烏得勒支大學(xué)醫(yī)學(xué)中心神經(jīng)科學(xué)家Kimberly Siletti及其團(tuán)隊(duì)，利用3名已故男性捐贈者的組織樣本，對覆蓋整個人類大腦106個部位的300多萬個個體細(xì)胞進(jìn)行了RNA測序。這為圖譜的完成筑牢了基石。

Siletti等人還對一名女性捐贈者的運(yùn)動皮層進(jìn)行了解剖，分析記錄了腦細(xì)胞的461個大類，其中包括3 000多種亞型。

該研究中的其他團(tuán)隊(duì)則深入探討了基因在不同細(xì)胞中的調(diào)節(jié)和表達(dá)機(jī)制。

美國索爾克生物研究所分子生物學(xué)家Joseph Ecker和同事使用上述3名男性的組織樣本，分析了50多萬個細(xì)胞中開啟或關(guān)閉基因的化學(xué)標(biāo)記。

充當(dāng)開關(guān)的各種分子使科學(xué)家能夠識別近200種腦細(xì)胞類型。即使是同一類型細(xì)胞中的同一基因，在整個大腦中也可能具有不同的特征，存在顯著的區(qū)域性差異。

Ecker說，確定激活或阻斷腦細(xì)胞基因表達(dá)的開關(guān)，可能有助于診斷大腦疾病、開發(fā)量身定制的治療方法。

美國加州大學(xué)圣迭戈分校分子生物學(xué)家任兵團(tuán)隊(duì)還對基因開關(guān)如何導(dǎo)致疾病風(fēng)險進(jìn)行了深入分析。他們同樣借助3名男性的組織樣本，分析了100多萬個腦細(xì)胞是如何獲取和使用基因信息的。

任兵等人發(fā)現(xiàn)了某些腦細(xì)胞類型與神經(jīng)精神障礙，如雙相情感障礙、抑郁癥和精神分裂癥等的聯(lián)系。他們利用細(xì)胞類型數(shù)據(jù)預(yù)測了基因開關(guān)如何影響基因調(diào)節(jié)并增加神經(jīng)系統(tǒng)疾病的風(fēng)險。例如，在清除死亡或受損細(xì)胞的小膠質(zhì)細(xì)胞中，一些基因開關(guān)與阿爾茨海默病風(fēng)險密切相關(guān)。

任兵介紹，BICCN團(tuán)隊(duì)下一步將研究更多的組織樣本，對大腦各部分的更多細(xì)胞進(jìn)行測序，以了解人類大腦在不同年齡人群中的變化。