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最大的人脑细胞图谱 我们的脑是由860亿个神经元和数量相当的非神经元细胞组成。脑中包含由众多细胞组成的复杂回路，这些脑细胞是高度多样化的，可根据分子、电生理和形态特征，被分为许多不同的、在脑回路的计算中起着不同作用的细胞类型。因此，若要全面地理解脑的功能，科学家就必须考虑到所有不同的细胞类型。 此外，不同的脑部疾病对所有细胞类型的影响也不尽相同。识别每种疾病所影响的主要细胞类型，有助于具有针对性的干预和治疗方法的发展。而在这一切成为可能之前，科学家需要对脑细胞的多样性进行精确编目。 2017年，美国国立卫生研究院启动了BICCN，这是一个由数百名致力于表征人类，非人类灵长类动物和啮齿动物的脑细胞类型及其功能的科学家组成的联盟。上周，BICCN的科学家在最新一期的《科学》、《科学进展》和《科学转化医学》上发表了21篇论文。 通过利用最先进的技术，研究人员绘制了迄今为止最大的人脑细胞图谱，揭示了3000多种细胞类型——其中许多是之前所未知的新发现，为理解人类和非人类灵长类动物的脑细胞类型做出了突破性的发现。 研究整个人脑的重要性 在我们的脑和神经系统中，神经元是发送和接收信号的细胞，能够执行高度复杂的任务。在脑的不同部位，神经元有着很大的差异，这意味着它们具有不同的功能和发育史。大脑皮层因其在认知中的作用而被研究得最多，但其他区域也同样重要，例如脑干（连接脑和脊髓的结构）就含有特别丰富、繁杂的神经元类型。 然而，人类的脑还没有被全面调查，大脑皮层以外的区域也很少被研究和描绘。因此，人类的神经元和胶质细胞的总数、分布和区域特异性仍是未知的。 在这一系列研究中，由神经科学家Kimberly Siletti和她的团队所开展的工作，是对全脑细胞类型进行普查的第一步。他们使用单核RNA测序技术，对从人脑的不同区域中取样的细胞进行了分析，为绘制整个人脑图谱奠定了基础。 通过利用三名已故男性捐献的组织样本，他们对覆盖了前脑、中脑和后脑的106个位置的300多万个细胞的进行了RNA测序。他们还对一名女性捐赠者的运动皮层进行了分析。最终的数据集中包含了可覆盖461个大类、3000多个亚型的脑细胞类型，数量之多令研究人员惊讶。 基因开关 其他一些研究则深入分析了不同细胞中的基因调控和表达机制。分子生物学家Joseph Ecker和他的团队同样利用来自相同的三名男性捐赠者的组织样本，从表观遗传学的角度研究了他们的脑。 他们分析了在50多万个细胞中开关基因的化学标记物。通过那些充当了开关的分子，研究人员得以识别出近200种脑细胞类型。即使是同一类型细胞中的同一基因，在整个脑中也可能具有不同的特征。一个基因在前脑和后脑可以分别有着不同的开关，存在显著的区域差异。 精确定位这些可以激活或阻断脑细胞的基因表达的开关，或许有助于脑部疾病的诊断和有针对性的治疗方法的开发。 精神疾病 在另一项研究中，分子生物学家Bing Ren和他的团队关注的是如何加深对基因开关可能导致疾病风险的理解。 在一些国家，双相情感障碍、抑郁症和精神分裂症等神经精神障碍和精神疾病，已成为一个主要的疾病负担。人类基因组中数以万计的序列变异都与这些疾病的病因有关。然而，阐明已确定的风险变异的作用仍然是一个挑战。 在Ren的研究中，他们分析了这三名男性捐赠者的100多万个脑细胞是如何获取和使用遗传信息的。研究结果表明，某些脑细胞类型与神经精神疾病之间的联系。 利用细胞类型数据，研究人员预测了基因开关如何影响基因调节并增加神经系统疾病的风险。例如，在小神经胶质细胞（可清除死亡或受损细胞）中，一些基因开关的存在与阿尔茨海默病的风险密切相关。这些发现可以用来测试特定的基因或错误的开关是否会直接导致疾病的发生。 一切才刚刚开始 脑是由多个与不同功能相关的区域组成的，要了解这些区域是如何在发育过程中出现的，以及它是如何在人类进化过程中出现的，都需要我们对构成人脑的细胞有详细的了解。 为了更进一步地解答这些问题，BICCN团队的下一步是对来自脑的各个部位的更多细胞进行测序，以及对更多的组织样本进行研究，进而了解不同人群和年龄的人脑图谱会如何变化。这仅仅是个开始。 参考来源： https://www./doi/10.1126/science.adl0913 https://www./doi/10.1126/sciadv.adl0650 https://www./doi/10.1126/science.adk4857 https://www./articles/d41586-023-03192-2 https://www./doi/10.1126/science.add7046 https://www./doi/10.1126/science.adf5357 https://www./doi/10.1126/science.adf7044 |
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