当科学家尝试用其他生物体模拟人脑疾病时,他们是否真正查明了这些人类疾病的细胞学根源则始终是一个问题。在一个涵盖了在《科学》、《科学-进展》和《科学-转化医学》上发表的 21 项研究中,研究人员如今推出了一个可提供帮助的资源——一个以前所未有的详细程度展示人类和非人类灵长动物在细胞类型层面上的脑图谱。研究人员经过通力合作对 3000 多种人类脑细胞进行了表征,揭示了某些能将人类脑细胞与其他灵长动物进行区别的特征。以如此详尽的分辨能力了解人脑不仅可帮助科学家确定哪些类型的细胞最容易受到特定突变的影响并因而导致神经系统疾病,它还可以将我们人类作为一个物种给予新的认识。
该组文章中的研究是美国国立卫生研究院 《脑倡议细胞普查网络》 (BICCN) 的一部分,该计划于 2017 年启动。作为这项研究的一部分,数百名科学家利用最先进的分子生物学技术合作开展了一系列研究。《科学》杂志资深编辑 Mattia Maroso 写道:“这些技术在传统上主要用于涉及啮齿动物和其他实验模型的临床前研究。在此介绍的工作展示了人类研究现在如何可能已经追赶上了临床前研究。”
构建该图谱的核心研究可由该组文章中(Kimberly Siletti 等人、Yang Li 等人和 Wei Tian 等人)的三项研究代表。这些研究小组的共同见解创建了人类脑细胞图谱的初稿,其中包括潜在的基因表达和基因调控架构。由 Nelson Johansen 主导的一项研究评估了 75 名接受癫痫和肿瘤手术的成年人的脑细胞类型变异,它显示了个体之间存在的脑细胞差异。这项研究为健康和疾病状态的细胞分型提供了基线。Alyssa Weninger 和 Paola Arlotta 在相关的《视角》中表示:“不存在单一的人类原型。处于健康和疾病状态下的个体都会在基因变异和环境反应上存在[一]系列差异。”由 Nikolas Jorstad (adf6812) 主导的一项研究进一步探讨了脑区域如何影响细胞类型的变化。
该项目的一个关键目标是了解人类脑细胞组织的哪些特征(相对于非人类灵长动物)是具有特异性的。由 Nikolas Jorstad (ade9516) 主持的一项研究使用了成年人、黑猩猩、大猩猩、恒河猴和普通狨猴的单核转录组学比较来探索这一问题。除其他发现外,该研究小组还显示,尽管黑猩猩和人类拥有更近的共同祖先,但黑猩猩的神经元更像大猩猩的神经元(而不是更像人类的神经元)。
包括 Emelie Braun 和同事在内的研究探索了我们脑器官中细胞的复杂排列如何成形于我们人类发展的早期。该研究小组发现了人类脑器官在妊娠前三个月中的细胞状态。 Nicola Micali 和同事对猕猴产前的不同脑区进行了类似的分析。
在《科学》论文组中的其他研究分别由 Brian Lee、Thomas Chartrand、Dmitry Velmeshev 和 Chang Kim 主导。
在《科学-进展》 的八篇论文中,由 René Wilbers 主导的研究探索了人类快速放电的中间神经元如何保持其快速同步频率,尽管人类的神经元与神经元之间的距离比大鼠的中间神经元之间的距离更大。由《科学-进展》副主编 Takaki Komiyama 撰写的一篇《焦点》重点介绍了本研究和该组论文里的其他研究所用的尖端单细胞分析技术的重要性。
由 Seth Ament 和同事在《科学-转化医学》中发表的一项研究聚焦于生命早期的炎症——这是临床上已经确定的导致几种神经系统疾病的风险因素。人们就炎症对人类脑器官发育的影响知之甚少。该研究小组重点关注的是小脑,这是一个特别容易在产后受到扰动的脑区;他们的分析揭示,炎症主要与两种亚型的抑制性神经元的变化有关,它们是:浦肯野神经元和高尔基体神经元。
Maroso 写道:“BICCN 所采集的数据现在可使研究人员解决有关人脑的根本性的科学问题。人脑研究的细胞学时代正在敲响我们的大门!”
Journal
Science
Article Title
A quest into the human brain
Article Publication Date
13-Oct-2023