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2022年6月21日神经生物科学家蒲慕明院士在Cell杂志上发表评论文章，简述灵长类大脑的连接组学和单细胞转录组学研究面临的挑战和机遇。神经解剖科学家Ramon y Cajal提出神经元是神经系统的基本单位重要论断后，神经生物学家围绕神经元存在哪些类型及其它们在大脑中如何联系等关键问题展开深入研究。传统上基于细胞形态、电生理活动特点、基因表达等多种方法对神经元进行分型。通过特定细胞类型的病毒载体结合透明脑技术、高分辨率光学成像技术绘制了大脑介观连接图谱，定义了不同投射类型的神经元，具有长距离、全局连接性特点。通过电子显微镜重构神经元突触连接绘制的大脑微观连接图谱，定义突触连接类型的神经元，具有短距离、局部连接性的特点。近年来，随着研究技术的不断突破，单细胞测序加快了给每个神经元一个“身份证”的速度。作为神经元类型的表征应当在整个生命周期是稳定存在的，而在某个有限的时间窗口内基因表达、生理特性和形态学/连接性的持续变化可被认为是神经元的不同状态。迄今为止，在大多数单细胞转录组分析中，转录组表达模式的时间变化信息在很大程度上是缺失的。深圳华大基因基于细胞核纳米球阵列芯片和原位捕获技术研发的高分辨率的空间转录组技术stereo-Seq可实现解析了发育过程中的转录组表达的时空动态变化，这在极大程度上提高了解析大脑图谱的时空分辨率，让大脑图谱更精细化。然而，面临的一个关键问题就是：如何对上述多种技术定义的神经元类型进行统一。不同分化神经元的稳定基因表达模式与其神经网络的功能需求存在匹配，这种匹配过程出现在有丝分裂后神经元迁移到大脑中指定的位置并形成突触连接的时候。因此在一类具有独特的连接组学特点的神经元群中稳定表达一组基因后，基于转录组学和连接组学的神经元亚型可被统一化。单细胞测序技术已应用到小鼠、灵长类动物、人类组织中，其中在灵长类动物（狨猴、猕猴等）中的应用还处于早期阶段。尽管可以从外科手术或尸检组织中获得人类大脑组织进行单细胞测序，试图通过注射病毒获得介观连接组学是很难实现的。但是目前在非人类灵长类动物实现转录组学和介观连接组学神经元亚型的统一有可能实现的。实现这种统一也面临一些挑战：在灵长类动物实现标记不同分子亚型的神经元，需要不同启动子的病毒载体工具；对灵长类动物进行全脑高时空分辨率光学成像获得的数据量非常大，数据分析工作艰巨；解析不同脑区的功能连接，绘制每一种类型的神经元输出图谱，工作量很大。转录组学和功能组学能够全面揭示特定神经元亚型的特点，以便于进行对这些神经元亚群进行动态监测和活性的调控。在向临床医学转化过程中不得不面对一道“鸿沟”：大脑疾病掺杂着遗传背景、环境因素等复杂的发病机制。在错综复杂、相互连接的神经网络中很难解释多个大脑区域中相关活动之间的因果关系。目前治疗大脑疾病的手段主要为药物治疗和神经调控技术（经颅磁刺激、深部脑刺激、超声波刺激等）。药物治疗不具有神经环路的特异性，引起非特异性神经环路反应。理论上，神经调控技术基于疾病相关特定类型神经元和神经环路实现治疗作用的，但这很难实现。这些神经调控技术存在低分辨率、特异性低等共同缺陷。与此同时，个体之间差异性也使神经调控的治疗效果增加了变数。 【参考文献】 1. Poo, Transcriptome, connectome and neuromodulation of the primate brain, Cell (2022), https:///10.1016/j.cell.2022.05.011 文中图片来自参考文献
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