在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自中國(guó)多家研究機(jī)構(gòu)的研究人員利用自主研發(fā)的空間轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)Stereo-seq以及snRNA-seq技術(shù)，繪制了獼猴大腦皮層細(xì)胞類(lèi)型分類(lèi)圖譜，揭示了細(xì)胞類(lèi)型組成與靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物各個(gè)腦區(qū)的關(guān)系，為進(jìn)一步研究神經(jīng)回路提供了分子和細(xì)胞基礎(chǔ)。相關(guān)研究結(jié)果于2023年7月12日在線發(fā)表在Cell期刊上，論文標(biāo)題為“Single-cell spatial transcriptome reveals cell-type organization in the macaque cortex”。

靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物擁有數(shù)量龐大的神經(jīng)元，它們組成了復(fù)雜而錯(cuò)綜復(fù)雜的神經(jīng)回路，支持著高級(jí)認(rèn)知和行為。這些細(xì)胞和回路的破壞會(huì)導(dǎo)致各種腦部疾病。了解大腦中細(xì)胞的組成和空間分布以及它們之間的關(guān)系是神經(jīng)科學(xué)中的一個(gè)基本問(wèn)題，堪比化學(xué)中的元素周期表、地理發(fā)現(xiàn)中的世界地圖或通過(guò)人類(lèi)基因組測(cè)序發(fā)現(xiàn)的DNA堿基序列。

與其他物種相比，靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物，包括最接近人類(lèi)的動(dòng)物模型獼猴，具有更高的認(rèn)知和社會(huì)能力，以及更大的大腦皮層和更多的細(xì)胞類(lèi)型。例如，獼猴大腦有超過(guò)60億個(gè)細(xì)胞，可根據(jù)它們的分子、形態(tài)或生理特征分為數(shù)百種細(xì)胞類(lèi)型，它們的空間分布跨越數(shù)百個(gè)不同的腦區(qū)。破譯大腦皮層中細(xì)胞亞型的組成和空間分布模式對(duì)于理解靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物大腦的組織原理至關(guān)重要。

在這項(xiàng)新的研究中，這些作者利用一種新開(kāi)發(fā)的大視場(chǎng)空間轉(zhuǎn)錄組方法---Stereo-seq和一種獨(dú)立開(kāi)發(fā)的方法制備了用于實(shí)驗(yàn)的厘米級(jí)獼猴大腦薄片。

通過(guò)結(jié)合大規(guī)模單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析，他們獲得了食蟹獼猴整個(gè)大腦皮層的全面的三維單細(xì)胞圖譜，為系統(tǒng)分析大腦皮層內(nèi)細(xì)胞類(lèi)型分布特異性和區(qū)域特異性以及分子特征提供了指導(dǎo)。

此外，他們還發(fā)現(xiàn)，谷氨酸能神經(jīng)元、GABA能神經(jīng)元和非神經(jīng)元細(xì)胞在整個(gè)大腦皮層的分布表現(xiàn)出明顯的皮層特異性和區(qū)域特異性。有趣的是，細(xì)胞類(lèi)型組成與視覺(jué)和軀體感覺(jué)系統(tǒng)中腦區(qū)的分層組織之間存在著明顯的相關(guān)性。同一層次的腦區(qū)往往具有相似的細(xì)胞類(lèi)型組成，從而揭示了細(xì)胞組成與腦區(qū)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

此外，通過(guò)與可公開(kāi)獲得的人腦和小鼠大腦單細(xì)胞數(shù)據(jù)進(jìn)行跨物種比較，這些作者發(fā)現(xiàn)了靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物特有的谷氨酸能神經(jīng)元，它們主要位于第4層，高度表達(dá)與人類(lèi)疾病相關(guān)的基因，包括FOXP2、DCC和EPHA3。

圖片來(lái)自Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.06.009。

這項(xiàng)新的研究為整個(gè)獼猴大腦皮層生成了一個(gè)全面的單細(xì)胞和空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)集，為未來(lái)的研究提供了重要的數(shù)據(jù)資源。這些數(shù)據(jù)可通過(guò)下面的網(wǎng)址公開(kāi)獲得：https://macaque./spatial-omics。

未來(lái)，這些作者將繼續(xù)關(guān)注大腦疾病的機(jī)制和靶標(biāo)開(kāi)發(fā)、腦細(xì)胞和結(jié)構(gòu)進(jìn)化以及大腦功能的細(xì)胞和分子機(jī)制。（生物谷 Bioon.com）

參考資料：

1. Ao Chen et al. Single-cell spatial transcriptome reveals cell-type organization in the macaque cortex. Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.06.009.

2. Scientists map single-cell spatial distribution atlas of macaque cortex
https:///news/2023-07-scientists-single-cell-spatial-atlas-macaque.html