【上海發(fā)布】這項(xiàng)重要科研成果正式發(fā)布！有助于理解腦細(xì)胞的構(gòu)成以及腦疾病發(fā)生發(fā)展原因
文章來源：腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心 | 發(fā)布時(shí)間：2023-07-13 | 【打印】 【關(guān)閉】
大腦由哪些細(xì)胞組成、這些細(xì)胞的空間分布有什么規(guī)律，是腦科學(xué)的基本問題，其重要性類似于人類基因組計(jì)劃完成的DNA堿基序列。
靈長類大腦神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量巨大，它們相互連接形成了復(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；這些細(xì)胞和環(huán)路的異常導(dǎo)致了多種腦疾病。大腦由哪些細(xì)胞組成、這些細(xì)胞的空間分布有什么規(guī)律，是腦科學(xué)的基本問題，其重要性類似于人類基因組計(jì)劃完成的DNA堿基序列。
與其他物種相比，靈長類動(dòng)物具有更高的認(rèn)知和社會(huì)能力，同時(shí)具有更大的皮層和更多細(xì)胞類型。 非人靈長類動(dòng)物，由于進(jìn)化上的相近，與人類具有95%以上的遺傳物質(zhì)同源性和最接近的基因背景及表型特征，是許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病研究最合適甚至是唯一的模型動(dòng)物。 比如與人類最接近的模式動(dòng)物-獼猴，其大腦包含超過60億個(gè)神經(jīng)元，根據(jù)它們的分子、形態(tài)或生理特征及其空間分布規(guī)律，可以將其分為數(shù)百種細(xì)胞類型，分布在數(shù)百個(gè)不同的腦區(qū)中。 解析皮層中細(xì)胞 亞型 的組成及其空間分布規(guī)律對(duì)于闡明靈長類大腦的組織規(guī)律至關(guān)重要。
圖1. 總體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。利用Stereo-seq技術(shù)采集了3只獼猴左半腦的161張厚度為10微米切片的空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)。同時(shí)利用顯微切割結(jié)合單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)了獲得了百萬級(jí)別的獼猴大腦皮層單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)。通過單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組和空間轉(zhuǎn)錄組整合分析，繪制了食蟹猴大腦全皮層的三維單細(xì)胞空間分布圖譜。
該研究成果由中國科學(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)與類腦研究中心、騰訊AI Lab、深圳國家基因庫、瑞典皇家理工學(xué)院、卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院等單位106人的科研團(tuán)隊(duì)合作完成。
圖2. 獼猴大腦皮層細(xì)胞類型空間分布圖譜。(A) 數(shù)百種細(xì)胞類型在獼猴大腦不同位置（上）以及5張典型代表性切片（下）上的空間分布。（B）多種細(xì)胞類型呈現(xiàn)各層面的分布特異性。（C）五種細(xì)胞類型及其特征基因的空間分布和表達(dá)模式。
團(tuán)隊(duì)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)元細(xì)胞在大腦皮層中的分布呈現(xiàn)明顯的各層面及各腦區(qū)的特異性。更為有趣的是，視覺和軀體感覺系統(tǒng)的細(xì)胞類型組成與腦區(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)往往具有類似的細(xì)胞類型組成，揭示了細(xì)胞組成和腦區(qū)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系（圖2）。
此外，攻關(guān)團(tuán)隊(duì)通過與公開發(fā)表的人腦和鼠腦的單細(xì)胞數(shù)據(jù)進(jìn)行跨物種比較，發(fā)現(xiàn)靈長類特有的分布于第四層的興奮性神經(jīng)元細(xì)胞，并且這些細(xì)胞高度表達(dá)與人類疾病相關(guān)的基因，包括FOXP2, DCC以及EPHA3等。
該研究產(chǎn)生了較為完整的世界首套獼猴全腦皮層的單細(xì)胞以及空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，為后續(xù)相關(guān)研究提供了重要的數(shù)據(jù)資源庫，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)公開共享（https://macaque.digital-brain.cn/spatial-omics）（圖3）。
圖3. 獼猴大腦皮層細(xì)胞類型及基因表達(dá)數(shù)據(jù)庫
未來，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)域繼續(xù)團(tuán)隊(duì)攻關(guān)，推動(dòng)中國在這些領(lǐng)域持續(xù)產(chǎn)生原創(chuàng)性、引領(lǐng)性成果。
來源：上海發(fā)布記者 林心怡 2023年7月13日
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