这是有史以来最大的人类大脑地图

研究人员创建了迄今为止最大的人类脑细胞图谱，揭示了 3000 多种细胞类型，其中许多细胞类型对于科学来说都是新的。作者表示，这项成果今天以 21 篇论文的形式发表在《科学》、《科学进展》和《科学转化医学》杂志上，将有助于研究疾病、认知和人类之本等。

巨大的细胞图谱提供了已知最复杂器官的详细快照。“这非常重要，”澳大利亚墨尔本弗洛里神经科学和心理健康研究所的神经科学家安东尼·汉南说。汉南补充道，研究人员此前曾使用磁共振成像等技术绘制出人类大脑的图谱，但这是第一张在单细胞水平上绘制整个人类大脑的图谱，显示了其复杂的分子相互作用。“这些类型的地图集确实为更好地了解人类大脑奠定了基础。”

该研究是美国国立卫生研究院通过推进创新神经技术计划——细胞普查网络（BICCN）进行的大脑研究的一部分，该计划是数百名科学家之间的合作。该项目的目标包括对人类、非人类灵长类动物和小鼠的脑细胞类型进行编目，以增进对人们知之甚少的大脑疾病背后的细胞机制的理解。这 21 项研究的数据已在Neuroscience Multi-omic Archive在线存储库上公开发布。

细胞动物园

金伯利·西莱蒂 (Kimberly Siletti) 是荷兰乌得勒支大学医学中心的神经科学家，她和她的团队使用来自三个区域的组织样本，对覆盖整个人脑 106 个位置的超过 300 万个单个细胞的 RNA 进行了测序，为该图谱奠定了基础。已故男性捐献者¹ . 他们还包括了先前研究中使用过的一位女性捐赠者的运动皮层解剖。他们的分析记录了 461 个脑细胞大类，其中包括 3,000 多个亚型。“我很惊讶有这么多不同的细胞类型，”西莱蒂说。

神经元——大脑和神经系统中发送和接收信号的细胞——在大脑的不同部位差异很大，这表明不同的功能和发育历史。每个区域的神经元和其他细胞类型的组合也有所不同。有些细胞只在特定位置被发现。该研究的合著者、瑞典斯德哥尔摩卡罗林斯卡研究所的分子系统生物学家 Sten Linnarsson 表示，脑干（一种连接大脑和脊髓的结构，研究相对较少）拥有特别多的神经元类型。“这里最大的惊喜之一是脑干的复杂程度令人难以置信。”

其他研究深入探讨了不同细胞中基因调控和表达的机制。加利福尼亚州拉霍亚市索尔克生物研究所的分子生物学家约瑟夫·埃克 (Joseph Ecker) 和他的同事使用来自同一三位捐赠者的组织样本，通过表观遗传透镜对大脑进行了研究²。他们分析了在超过 500,000 个单个细胞中打开或关闭基因的化学标记。充当开关的各种分子使团队能够识别近 200 种脑细胞类型。即使同一类型细胞中的同一基因在整个大脑中也可能具有不同的特征。一个基因通过大脑前部的一个开关和后部的另一个开关打开。“存在显着的地区差异，”该研究的合著者、索尔克研究所的计算生物学家 Wei Tian 说。

埃克说，精确定位激活或阻断脑细胞基因表达的开关可能有助于诊断脑部疾病和开发量身定制的治疗方法。“这是我们正在构建的工具箱中出现的另一个工具，”他说。

疾病风险

加深对基因开关如何影响疾病风险的理解也是加州大学圣地亚哥分校分子生物学家 Bing Ren 及其团队的关注重点³。他们分析了来自三位捐赠者的超过一百万个脑细胞如何获取和使用遗传信息。研究人员发现了某些脑细胞类型与神经精神疾病（包括双相情感障碍、抑郁症和精神分裂症）之间的联系。

任和他的同事利用细胞类型数据来预测基因开关如何影响基因调控并增加神经系统疾病的风险。例如，在清除死亡或受损细胞的小胶质细胞中，一些基因开关的存在与阿尔茨海默病的风险密切相关。这些发现可用于测试特定基因或错误开关是否直接导致疾病的发生。“这之所以成为可能，是因为我们首次描绘了数百种不同细胞类型的基因开关，”任说。

Ren 表示，BICCN 团队的下一步是对大脑各个部位的更多细胞进行测序。研究人员还将使用更多的组织样本来绘制人类大脑如何随人群和年龄组变化的图景。“这只是开始，”任说。