耗资2.5亿美元！21篇Science系列发布最全人脑细胞图谱！

近日，《Science》发布“脑细胞普查”（Brain Cell Census）专题研究，同时在《Science》、《Science Advances》和《Science Translational Medicine》杂志上发表了21篇论文，分享了迄今为止最详细的人类、非人灵长类以及啮齿类动物大脑细胞图谱。
此项研究背靠美国国立卫生研究院（NIH），由大脑细胞普查网络联盟（BICCN）合作而成，历时五年，共耗资2.5亿美元。
数百名科学家联合发布数十亿个人类大脑细胞目录，并对3000多种人类脑细胞类型进行了特征分析。
与之前发表的论文相比，新研究和数据揭示了人脑许多区域的神经系统细胞构成以及人脑的独特之处，揭示了疾病出现问题的新线索，并为开发靶向疗法提供了新的立足点。

对话科学家

21篇论文合集中，详细介绍了人脑和非人灵长类动物大脑中异常复杂的细胞多样性。这些细胞普查数据不仅仅是脑细胞类型的库，更为细胞特异性治疗提供了打开基因组大门的钥匙。

对于此次人脑图谱研究，科学家们也有各自的深度见解。
NIH大脑计划主任John Ngai说：“虽然细胞普查没有直接给我们答案，但它提供了将遗传易感性与实际疾病联系起来的机会，并指出涉及哪些细胞类型。因此，它确实为寻找未来的治疗方法奠定了基础”。

John Ngai
早在一个世纪前，大脑细胞的丰富多样性就被揭示，但能够解析细胞细微差异的单细胞测序技术直到近几年才登上舞台中心。
瑞典卡罗林斯卡研究所的分子生物学家Sten Linnarsson表示：“在拥有单细胞技术之前，我们测量细胞混合物就像高度近视，单细胞技术让其变得足够清晰，从而看到所有的细节”。
               Sten Linnarsson；Ed Lein       
Ed Lein和Sten Linnarsson专注于RNA测序，在超3万个细胞核中测量了数千个信使分子，每个信使分子都编码制造蛋白质的指令，产生的数据揭示了3,313种脑细胞，其中许多深埋在中脑和后脑中，而这些大脑区域在进化上具有呼吸、进食和睡眠等功能。
索尔克生物研究所（Salk Institute for Biological Studies）的科学家乔·埃克尔（Joe Ecker）主要研究DNA甲基化和染色质DNA的浓缩形式。
Ecker说：“这两项数据丰富的研究为在大脑中寻找特定疾病的位置提供了非常好的线索”。

Joe Ecker

加州大学旧金山分校的研究员阿诺德·克里格斯坦（Arnold Kriegstein）则对106名不同年龄的人脑样本进行了RNA测序，其中包括婴儿、儿童、青少年和成人。

Kriegstein说：“许多最神秘和最难治疗的疾病大多出现在发展的早期阶段，如果我们要治疗或者预防它们，必须更好地了解它们是如何出现的”。

他还发现，许多表达与自闭症相关的基因数量最多的细胞都在女性大脑中，但一些研究却显示男性更容易患自闭症，这表明女性大脑可能“相对保护”免受其中一些风险因素的影响。

Arnold Kriegstein
艾伦研究所神经科学家特里格夫·巴肯（Trygve Bakken）进行了人类大脑与其他灵长类动物大脑之间的比较研究。

他认为“一些将人类与灵长类动物区分开来的一些变化，导致了更高的认知能力，但也使我们面临更大的疾病风险，通过了解这些差异可以解开疾病风险的原因”。

Trygve Bakken

五大研究主题

该研究大概分为五个主题：

• 成体人脑单细胞图谱，通过使用单细胞转录组学以及表观基因组分析和描述人类大脑的特征；
• 成体非人灵长类动物大脑进行单细胞图谱分析，主要侧重于绒猴和猕猴；
• 对人体以及非人灵长类动物的大脑细胞组成进行比较单细胞分析；
• 对人类神经元细胞的类型、功能和解剖分析，并对活体组织的细胞特性进行解析；
• 对人类以及啮齿类动物的特殊细胞类型进行建模和分析。

大脑是由许多细胞组成的复杂回路。这些脑细胞高度多样化，可以根据其分子、电生理和形态特征分为多种细胞类型。许多细胞类型在脑回路的计算中起着不同的作用。
因此，全面了解大脑功能需要考虑所涉及的细胞类型。
此外，脑部疾病并不平等地影响所有细胞类型。鉴定主要受每种疾病影响的细胞类型可以为有针对性的干预和治疗打开大门。在这些努力之前，需要进行研究以精确地编目感兴趣物种大脑的细胞多样性。

来源：science
成人大脑分为数百个空间域，每个空间域包含数十或数百个不同的神经元、神经胶质和其他细胞类型。这种复杂的细胞排列最初是在发育的前三个月建立的，但是获得这种早期胚胎的困难阻碍了详细的分子分析。剖析孕早期整个大脑发生的空间、时间和转录变化有望揭示人类大脑的基本蓝图。

图：人脑发育图谱（来源：science）

除大脑细胞普查网络联盟（BICAN）项目外，美国国立卫生研究院（NIH）还资助了大脑研究计划（BRAIN），企图以创建一个接线图，完成整个人脑的所有连接。

对于这些研究发现，BRAIN John Ngai博士表示：“这是细胞水平上阐明人类大脑复杂性的里程碑式成就，这些详细的细胞图谱为设计新疗法提供了基础，可以针对与脑部疾病相关的特定脑细胞和回路”。

“未来四到五年，我们的目标是对整个生命周期中人脑中的所有细胞类型，以及具有不同祖先背景的人，进行全面的图谱和盘点。我们希望能够将其用作开发人类精密电路疗法（包括基因疗法）”，Ngai说。
他还表示“这对治疗开发来说将是‘黄金’”。

参考阅读：

1.https://endpts.com/most-detailed-human-brain-map-yet-is-laying-the-foundation-for-finding-future-cures/

2.https://www.science.org/

—The End—

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