世界首套單細胞分辨率獼猴大腦皮層細胞空間分布圖譜發布

[本刊訊] 由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）與華大生命科學研究院、臨港實驗室、上海腦科學與類腦研究中心、騰訊AI Lab、深圳國家基因庫、瑞典皇家理工學院、卡羅林斯卡醫學院等單位106人組成的團隊，采用自主研發的超高精度大視野空間轉錄組測序技術Stereoseq和高通量單細胞核轉錄組測序技術DNBelab C4 snRNA-seq，成功繪制出獼猴大腦皮層的細胞類型分類樹，揭示了細胞類型組成和靈長類腦區層級結構之間的關系，為進一步研究各類神經元間的連接提供了分子細胞基礎。成果2023年7月12日發表于《細胞》雜志上。

靈長類大腦神經細胞數量巨大，相互連接形成復雜而精細、支撐高級認知和行為的特定神經環路，細胞和環路的異常會導致多種腦疾病。與其他物種相比，靈長類動物具更高的認知和社會能力，也具有更多的皮層和更多的細胞類型。與人類最接近的獼猴，其大腦包含60多億個神經元，據其組成分子、形態或生理特征及其空間分布規律，可將其分為數百種細胞類型，它們分布于數百個不同腦區。解析皮層中細胞亞型的組成及其空間分布規律，對闡明靈長類大腦的組織規律至關重要。

該研究采用大視野空間轉錄組測序方法Stereo-seq，通過自主開發的可制備獼猴大腦厘米尺度薄切片方法，結合高通量單細胞核轉錄組測序技術DNBelab C4 snRNA-seq，以及基于人工智能的分析流程，“畫”出了首個獼猴全皮層三維單細胞空間分布圖譜，為系統分析細胞類型在皮層內各層面特異和區域特異的分布，以及基因表達特征，提供了完整的靈長類大腦數據。

研究發現，大量興奮性神經元、抑制性神經元以及非神經元在大腦皮層中的分布，呈現明顯的各層面和各腦區的特異性，且視覺和軀體感覺系統的細胞類型組成與腦區層級組織之間，存在顯著的相關性，處于相同層級的腦區往往由類似的細胞類型組成，這揭示了細胞組成和腦區結構之間的關系。通過與已有的人腦和鼠腦單細胞數據的跨物種比較，發現了靈長類特有的分布于第四層的興奮性神經元，這些細胞高度表達與人類疾病相關的基因，包括FOXP2、DCC和EPHA3等。

該研究獲得的較完整的首套獼猴全腦皮層的單細胞及空間轉錄組數據現已公開共享，為后續研究提供了重要的數據資源庫。團隊將繼續在腦疾病機制與靶點研發、腦細胞與腦結構演化、腦功能的細胞分子機制等領域進行原創性、引領性研究。

（曉 工）