世界首套單細(xì)胞分辨率獼猴大腦皮層細(xì)胞空間分布圖譜發(fā)布

[本刊訊] 由中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）與華大生命科學(xué)研究院、臨港實(shí)驗(yàn)室、上海腦科學(xué)與類(lèi)腦研究中心、騰訊AI Lab、深圳國(guó)家基因庫(kù)、瑞典皇家理工學(xué)院、卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院等單位106人組成的團(tuán)隊(duì)，采用自主研發(fā)的超高精度大視野空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)Stereoseq和高通量單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)DNBelab C4 snRNA-seq，成功繪制出獼猴大腦皮層的細(xì)胞類(lèi)型分類(lèi)樹(shù)，揭示了細(xì)胞類(lèi)型組成和靈長(zhǎng)類(lèi)腦區(qū)層級(jí)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，為進(jìn)一步研究各類(lèi)神經(jīng)元間的連接提供了分子細(xì)胞基礎(chǔ)。成果2023年7月12日發(fā)表于《細(xì)胞》雜志上。

靈長(zhǎng)類(lèi)大腦神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量巨大，相互連接形成復(fù)雜而精細(xì)、支撐高級(jí)認(rèn)知和行為的特定神經(jīng)環(huán)路，細(xì)胞和環(huán)路的異常會(huì)導(dǎo)致多種腦疾病。與其他物種相比，靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物具更高的認(rèn)知和社會(huì)能力，也具有更多的皮層和更多的細(xì)胞類(lèi)型。與人類(lèi)最接近的獼猴，其大腦包含60多億個(gè)神經(jīng)元，據(jù)其組成分子、形態(tài)或生理特征及其空間分布規(guī)律，可將其分為數(shù)百種細(xì)胞類(lèi)型，它們分布于數(shù)百個(gè)不同腦區(qū)。解析皮層中細(xì)胞亞型的組成及其空間分布規(guī)律，對(duì)闡明靈長(zhǎng)類(lèi)大腦的組織規(guī)律至關(guān)重要。

該研究采用大視野空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序方法Stereo-seq，通過(guò)自主開(kāi)發(fā)的可制備獼猴大腦厘米尺度薄切片方法，結(jié)合高通量單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)DNBelab C4 snRNA-seq，以及基于人工智能的分析流程，“畫(huà)”出了首個(gè)獼猴全皮層三維單細(xì)胞空間分布圖譜，為系統(tǒng)分析細(xì)胞類(lèi)型在皮層內(nèi)各層面特異和區(qū)域特異的分布，以及基因表達(dá)特征，提供了完整的靈長(zhǎng)類(lèi)大腦數(shù)據(jù)。

研究發(fā)現(xiàn)，大量興奮性神經(jīng)元、抑制性神經(jīng)元以及非神經(jīng)元在大腦皮層中的分布，呈現(xiàn)明顯的各層面和各腦區(qū)的特異性，且視覺(jué)和軀體感覺(jué)系統(tǒng)的細(xì)胞類(lèi)型組成與腦區(qū)層級(jí)組織之間，存在顯著的相關(guān)性，處于相同層級(jí)的腦區(qū)往往由類(lèi)似的細(xì)胞類(lèi)型組成，這揭示了細(xì)胞組成和腦區(qū)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。通過(guò)與已有的人腦和鼠腦單細(xì)胞數(shù)據(jù)的跨物種比較，發(fā)現(xiàn)了靈長(zhǎng)類(lèi)特有的分布于第四層的興奮性神經(jīng)元，這些細(xì)胞高度表達(dá)與人類(lèi)疾病相關(guān)的基因，包括FOXP2、DCC和EPHA3等。

該研究獲得的較完整的首套獼猴全腦皮層的單細(xì)胞及空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)現(xiàn)已公開(kāi)共享，為后續(xù)研究提供了重要的數(shù)據(jù)資源庫(kù)。團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)在腦疾病機(jī)制與靶點(diǎn)研發(fā)、腦細(xì)胞與腦結(jié)構(gòu)演化、腦功能的細(xì)胞分子機(jī)制等領(lǐng)域進(jìn)行原創(chuàng)性、引領(lǐng)性研究。

（曉 工）