Nature展示迄今为止最详细的“人脑零部件清单”
中国生物技术网 · 2019/08/27
近日,美国艾伦脑科学研究所的一项新研究为我们展示了迄今为止最详细的“人脑零部件清单”。

本文转载自“中国生物技术网”。


近日,美国艾伦脑科学研究所的一项新研究为我们展示了迄今为止最详细的“人脑零部件清单”,阐明了人类大脑皮层的细胞结构,它对于理解我们的认知能力和对疾病的易感性至关重要。该研究近日已发表在《Nature》上。


这项研究首次捕获了人类与小鼠脑细胞类型之间超高分辨率的比较结果,显示我们拥有的大部分脑细胞在小鼠大脑中都有对应物,它们已经保持了大约7500万年的进化距离。通过与小鼠的类似脑区比较,研究人员发现了二者在结构和细胞类型方面的相似性,但也存在相当多的差异。这强调了在研究模式生物外,直接研究人脑的重要性。


图片来源:Nature

该研究通讯作者、艾伦脑科学研究所的研究员Ed Lein说:“正如我们可以通过ancestry.com或23andMe等服务,利用基因构建我们的家族树或者找到失散已久的亲属一样,我们让基因告诉我们大脑及其进化的故事。就像警方能利用基因数据库中的信息追踪金州杀手一样,这种新的超高分辨率的大脑视图提供了一个基线,可以找到疾病中出错的细胞。”

小鼠和人类脑细胞类型的新比较为科学家们打开了一扇大门,他们可以将几十年来在啮齿类动物神经科学研究中获得的知识推演到我们自己的大脑中。细胞类型的排列也突出了我们与啮齿类动物之间的关键差异,这可以解释为什么在小鼠研究中开发的那么多精神类药物在人体中不起作用。

美国国家心理健康研究所所长Joshua Gordon博士说:“这项研究结果非常关键,它让我们能够了解小鼠和人类之间的共同点和差异性,这将会产生对精神疾病更好的治疗。我们最终的目标将是开发出完整的人脑零部件清单。这是一个雄心勃勃的目标,但这篇论文向我们表明,它是一项可行的工作。”

血清素受体,即允许我们的神经元对神经递质5-羟色胺作出反应的蛋白质,已知在食欲、情绪、记忆力、睡眠和许多其他重要的大脑功能中发挥着主导作用,但研究发现,在小鼠和人类脑细胞之间发生了巨大的变化。我们和小鼠都有该蛋白质,但它们用于小鼠的其他神经元,而不同于我们。这些变化可以解释为什么临床研究人员很难开发出治疗抑郁症和其他与血清素相关疾病的新疗法,作用于血清素受体的药物对小鼠产生的影响可能与对我们非常不同。

人类大脑比小鼠的更复杂吗?

研究人员利用单核RNA测序技术,鉴定出了人类大脑皮层某区域中的75种不同细胞类型,在小鼠大脑中具有松散的匹配。这一发现与人类基因组计划在近20年前揭示的人类与小鼠拥有几乎相同数量的基因相似。

Lein说:“许多人会认为人脑比鼠脑更为复杂。令人惊讶的是,至少在细胞多样性方面,情况似乎并非如此。但我们现在有了新方法可以进行真正的脑脑对比,从中开始看到基因的使用方式、细胞的样子,以及大脑中不同细胞类型的比例存在很多差异。”


图片来源:Nature

研究人员使用基因表达,即在特定细胞中被激活的基因,从人类内侧颞叶(大脑颞叶的一部分)中筛选近16000个细胞。

这项研究依赖于那些为科学捐献大脑的人死后的脑组织和接受过脑部手术癫痫患者捐赠的组织。艾伦研究所的研究人员现在正在研究覆盖大脑更多区域的脑细胞类型。


在艾伦脑科学研究所的科学家Rebecca Hodge手中的是研究使用的一部分死后人脑切片

如果我们与小鼠的脑细胞既相同又不同,这听起来非常令人困惑,那么想想哺乳动物四肢的多样性吧。我们的手、蝙蝠的翅膀和鲸鱼的鳍都是由同样的基因构建的,但这些结构在外观和功能上都截然不同。除了血清素受体的发现,该研究还揭示了与神经元连接方式相关的基因表达的巨大变化,这意味着我们的脑回路可能与小鼠的非常不同。

该研究作者之一,首席科学家兼艾伦脑科学研究所所长Christof Koch博士说:“最重要的是,我们的大脑与小鼠的大脑存在很多的相似性和差异性,其中一点是,我们的进化具有巨大的连续性,另外还有,我们是独一无二的。如果你想治愈人脑疾病,那你必须了解人脑的独特性。“

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