今日,，頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》上線一項(xiàng)腦科學(xué)重磅研究。美國艾倫腦科學(xué)研究所（Allen Institute for Brain Science）的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)利用單細(xì)胞測序,，鑒定出人類大腦皮質(zhì)一個腦區(qū)的75種細(xì)胞類型,。與最常用的模式生物——小鼠進(jìn)行比較的結(jié)果，揭示了腦細(xì)胞在進(jìn)化過程中的顯著保守特征,，也突顯了人類腦細(xì)胞獨(dú)具特色的性質(zhì),。

同期《自然》以《神經(jīng)元風(fēng)味食譜》（A cookbook for neuronal flavours）為題，對這項(xiàng)研究作出評述：

“創(chuàng)作一道新菜時,，大廚必須對各種食材做出挑選和組合,，以求達(dá)到想要的口味和口感。類似地,，成千上萬個基因通過不同組合的基因表達(dá)（即制造出基因產(chǎn)物）,，創(chuàng)造并維持了各類腦細(xì)胞的不同‘風(fēng)味’……這項(xiàng)研究通過分析大腦單個細(xì)胞中的基因表達(dá)，展示出一本‘食譜’,，上面列出了人類大腦皮質(zhì)各類神經(jīng)細(xì)胞的分子配方,。”

大腦皮質(zhì),，主管我們的思維和眾多高級認(rèn)知活動,，很可能正是人之所以異于禽獸的關(guān)鍵。過去的研究表明,，人類大腦皮質(zhì)包含160億個神經(jīng)元,，還有610億個非神經(jīng)元細(xì)胞，組成了優(yōu)美的6層結(jié)構(gòu),，可按解剖結(jié)構(gòu)或功能分為近百個區(qū)域,。

隨著技術(shù)手段的進(jìn)步，科學(xué)家對人腦細(xì)胞不斷有新的認(rèn)識,。例如就在一年前,，艾倫腦研究所與其合作伙伴就在人腦中發(fā)現(xiàn)一種過去不知道的“玫瑰果神經(jīng)元”，似乎是其他動物都沒有的,。更透徹地理解腦細(xì)胞的分子類型,，將幫助我們解開腦的奧秘，理解人何以為人,。

圖片來源：Pixabay

在這項(xiàng)研究中,，科學(xué)家們鑒定了大腦皮質(zhì)顳中回（middle temporal gyrus）內(nèi)的細(xì)胞類型。一些癲癇患者的這一腦區(qū)會通過手術(shù)切除,，因此科學(xué)家可以檢驗(yàn)活體組織進(jìn)行后續(xù)研究分析,。

由于從人腦組織中分離出完整細(xì)胞一直存在巨大的技術(shù)難度，為克服這個障礙,，研究人員從尸檢和手術(shù)獲得的人腦樣品中分離出了單個細(xì)胞核,。運(yùn)用單核RNA測序（snRNA-seq）技術(shù),，測量RNA轉(zhuǎn)錄分子的水平，從而破譯每個細(xì)胞核里的基因表達(dá)信息,。

從人腦顳中回（MTG）分離神經(jīng)元和非神經(jīng)元的細(xì)胞核做RNA測序分析的流程示意圖（圖片來源：參考資料[1]）

對將近1.6萬個細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計(jì)后,，研究人員鑒定出75種不同的細(xì)胞類型。其中,，包括24種興奮性神經(jīng)元,，45種抑制性神經(jīng)元，以及6種非神經(jīng)元細(xì)胞,。

前面說過,，大腦皮層可分為6層。當(dāng)把神經(jīng)元的特殊標(biāo)志分子和每一個細(xì)胞在大腦皮層中的分布位置結(jié)合起來分析后,，研究人員有了意外的發(fā)現(xiàn),！大部分興奮性神經(jīng)元類型的分布并不局限于大腦皮質(zhì)的某個單層，而是跨層分布,。這個結(jié)果挑戰(zhàn)了過去對細(xì)胞類型與位置關(guān)系的假設(shè),。 

興奮性神經(jīng)元在大腦皮質(zhì)各層中的分布（圖片來源：參考資料[1]）

在獲得人腦細(xì)胞類型的數(shù)據(jù)后，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將其與小鼠大腦皮層單細(xì)胞RNA測序數(shù)據(jù)集做了比較,，為細(xì)胞類型的演化提供洞見,。

人和小鼠同為哺乳動物，大腦皮層的基本結(jié)構(gòu)相似,。作為最受歡迎的模式動物之一,，小鼠為我們理解大腦的秘密提供了豐富的數(shù)據(jù)。對比結(jié)果也顯示,，人類擁有的大部分細(xì)胞類型在小鼠腦內(nèi)都能找到對應(yīng),。

人和小鼠共有的腦細(xì)胞具有不同的基因表達(dá)特征（圖片來源：參考資料[2]）

但研究者注意到，對應(yīng)細(xì)胞類型之間,，基因表達(dá)水平有著很大差異。

其中,，大腦中的免疫細(xì)胞——小膠質(zhì)細(xì)胞,，在人和鼠之間的基因表達(dá)差異最為明顯。而神經(jīng)遞質(zhì)5-羥色胺的受體家族是兩個物種之間差異第二大的基因,。

這些過去未曾揭示的區(qū)別提醒疾病研究者,，以小鼠為模型研究神經(jīng)免疫疾病或神經(jīng)精神疾病時不可忽視物種之間的差異，需要考慮我們?nèi)祟愄赜械摹按竽X配方”,。

參考資料：

[1] Rebecca Hodge et al., (2019) Conserved cell types with divergent features in human versus mouse cortex. Nature. DOI: 10.1038/s41586-019-1506-7

[2] Matthew G. Keefe, Tomasz J. Nowakowski (2019) A cookbook for neuronal flavours. Nature. DOI: 10.1038/d41586-019-02343-8

本文來自微信公眾號：學(xué)術(shù)經(jīng)緯（ID：Global_Academia）,，作者：學(xué)術(shù)經(jīng)緯