【上海發(fā)布】這項重要科研成果正式發(fā)布！有助于理解腦細胞的構(gòu)成以及腦疾病發(fā)生發(fā)展原因
文章來源：腦科學與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心 | 發(fā)布時間：2023-07-13 | 【打印】 【關(guān)閉】
大腦由哪些細胞組成、這些細胞的空間分布有什么規(guī)律，是腦科學的基本問題，其重要性類似于人類基因組計劃完成的DNA堿基序列。
靈長類大腦神經(jīng)細胞數(shù)量巨大，它們相互連接形成了復雜而精細、支撐高級認知和行為的特定神經(jīng)環(huán)路；這些細胞和環(huán)路的異常導致了多種腦疾病。大腦由哪些細胞組成、這些細胞的空間分布有什么規(guī)律，是腦科學的基本問題，其重要性類似于人類基因組計劃完成的DNA堿基序列。
與其他物種相比，靈長類動物具有更高的認知和社會能力，同時具有更大的皮層和更多細胞類型。 非人靈長類動物，由于進化上的相近，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物。 比如與人類最接近的模式動物-獼猴，其大腦包含超過60億個神經(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)百種細胞類型，分布在數(shù)百個不同的腦區(qū)中。 解析皮層中細胞 亞型 的組成及其空間分布規(guī)律對于闡明靈長類大腦的組織規(guī)律至關(guān)重要。
圖1. 總體實驗設計。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)。同時利用顯微切割結(jié)合單細胞核轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)了獲得了百萬級別的獼猴大腦皮層單細胞核轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)。通過單細胞核轉(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胞空間分布圖譜。
該研究成果由中國科學院腦科學與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學研究所）與華大生命科學研究院、臨港實驗室、上海腦科學與類腦研究中心、騰訊AI Lab、深圳國家基因庫、瑞典皇家理工學院、卡羅林斯卡醫(yī)學院等單位106人的科研團隊合作完成。
圖2. 獼猴大腦皮層細胞類型空間分布圖譜。(A) 數(shù)百種細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）多種細胞類型呈現(xiàn)各層面的分布特異性。（C）五種細胞類型及其特征基因的空間分布和表達模式。
團隊發(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)的細胞類型組成與腦區(qū)層級組織之間存在顯著的相關(guān)性，處于相同層級的腦區(qū)往往具有類似的細胞類型組成，揭示了細胞組成和腦區(qū)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系（圖2）。
此外，攻關(guān)團隊通過與公開發(fā)表的人腦和鼠腦的單細胞數(shù)據(jù)進行跨物種比較，發(fā)現(xiàn)靈長類特有的分布于第四層的興奮性神經(jīng)元細胞，并且這些細胞高度表達與人類疾病相關(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)已實現(xiàn)公開共享（https://macaque.digital-brain.cn/spatial-omics）（圖3）。
圖3. 獼猴大腦皮層細胞類型及基因表達數(shù)據(jù)庫
未來，團隊將繼續(xù)在腦疾病機制與靶點研發(fā)、腦細胞與腦結(jié)構(gòu)演化、腦功能的細胞分子機制等領域繼續(xù)團隊攻關(guān)，推動中國在這些領域持續(xù)產(chǎn)生原創(chuàng)性、引領性成果。
來源：上海發(fā)布記者 林心怡 2023年7月13日
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