深圳新聞網(wǎng)2025年3月27日訊（記者 劉夢婷）近日，杭州華大生命科學(xué)研究院聯(lián)合中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越中心、臨港實(shí)驗(yàn)室和騰訊AI實(shí)驗(yàn)室等單位，利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組和空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，構(gòu)建了具有單細(xì)胞分辨率的成年小鼠大腦圖譜，為大腦功能的理解提供了全新視角，相關(guān)成果在線發(fā)表于Neuron。
Neuron 官網(wǎng)截圖
哺乳動(dòng)物大腦的復(fù)雜性體現(xiàn)在多樣的細(xì)胞類型、特定的空間分布，以及復(fù)雜的神經(jīng)連接等方面，這為解析行為背后的神經(jīng)環(huán)路帶來了巨大挑戰(zhàn)。
盡管科學(xué)家此前已通過傳統(tǒng)細(xì)胞結(jié)構(gòu)特征、單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，以及基于成像或測序的空間組學(xué)技術(shù)構(gòu)建了多種小鼠大腦圖譜，但兼具單細(xì)胞分辨率和覆蓋全基因組范圍的完整大腦圖譜仍屬空白。本次鼠腦圖譜的發(fā)布填補(bǔ)了這一空缺，并基于這兩個(gè)優(yōu)勢取得了一系列重要發(fā)現(xiàn)。
不同位置的細(xì)胞類型存在顯著差異
通過單細(xì)胞分辨率和全基因組覆蓋的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，科研人員成功識(shí)別了具有不同空間分布特征的神經(jīng)元亞型。例如，研究揭示了不同腦干運(yùn)動(dòng)核團(tuán)中不同類型的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元亞型，這一發(fā)現(xiàn)為深入解析運(yùn)動(dòng)控制的分子機(jī)制提供了關(guān)鍵線索。同時(shí)，研究還發(fā)現(xiàn)部分非神經(jīng)元細(xì)胞類型表現(xiàn)出區(qū)域富集特征，進(jìn)一步拓展了對大腦細(xì)胞分布及其功能多樣性的認(rèn)知。
通過轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)優(yōu)化腦區(qū)劃分
傳統(tǒng)上，大腦區(qū)域的邊界是根據(jù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能定義的，忽略了基因的轉(zhuǎn)錄特性。利用全基因組范圍的空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，一方面驗(yàn)證了基于轉(zhuǎn)錄組特征劃分大腦區(qū)域的可行性，另一方面通過空間聚類方法，優(yōu)化了鼠腦的腦區(qū)分割。同時(shí)，基因模塊分析揭示了小鼠大腦不同區(qū)域的轉(zhuǎn)錄組特征，這為理解腦區(qū)特異性的分子機(jī)制提供了重要線索，也為研究其他物種的大腦分區(qū)提供了新的方法論支持，有望推動(dòng)對大腦復(fù)雜結(jié)構(gòu)及其功能的深入理解。
鼠腦發(fā)育和非編碼RNA數(shù)據(jù)助力神經(jīng)發(fā)育與疾病研究
此次研究覆蓋從小鼠胚胎期到成年期7個(gè)不同時(shí)間點(diǎn)的腦部全發(fā)育階段數(shù)據(jù)，揭示了411個(gè)具有顯著時(shí)空動(dòng)態(tài)變化的轉(zhuǎn)錄因子，不僅為大腦發(fā)育研究提供了全面的時(shí)空轉(zhuǎn)錄組資源，還為神經(jīng)發(fā)育的調(diào)控機(jī)制提供了新的見解。
非編碼RNA，尤其是長鏈非編碼RNA在哺乳動(dòng)物大腦的發(fā)育、成熟和疾病中發(fā)揮著重要作用。作為此次的研究亮點(diǎn)之一，團(tuán)隊(duì)首次整合了長鏈非編碼RNA的空間表達(dá)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)長鏈非編碼RNA的表達(dá)在成年小鼠大腦中具有區(qū)域選擇性，在發(fā)育中的小鼠大腦內(nèi)則呈現(xiàn)出時(shí)空動(dòng)態(tài)性，為神經(jīng)功能與非編碼RNA相關(guān)性的研究奠定了基礎(chǔ)。
這些成果標(biāo)志著小鼠大腦空間轉(zhuǎn)錄組圖譜的構(gòu)建和應(yīng)用邁出了重要一步，不僅為探索大腦發(fā)育和功能的分子機(jī)制提供了新的工具，也為神經(jīng)科學(xué)、發(fā)育生物學(xué)及相關(guān)疾病的研究提供了新的視角和方向。
華大生命科學(xué)研究院劉龍奇研究員、徐訊研究員，中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越中心孫衍剛研究員、沈志明研究員、李超副研究員、王曉飛、臨港實(shí)驗(yàn)室魏武研究員和騰訊AI實(shí)驗(yàn)室姚建華為論文共同通訊作者。華大生命科學(xué)研究院韓磊、荊澤華、彭玉杰、常會(huì)中、雷俊杰和臨港實(shí)驗(yàn)室劉振、劉雨暄、劉偉，以及中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越中心王可新、徐園芳、騰訊AI實(shí)驗(yàn)室吳子涵為論文共同第一作者。本研究受到科技創(chuàng)新2030-“腦科學(xué)與類腦研究”等項(xiàng)目聯(lián)合資助。