Cell | 世界首套！中国学者发布单细胞分辨率的猕猴大脑皮层细胞空间分布图谱

大脑由不同类型的细胞组成，这些细胞相互连接，形成特定的神经回路，构成认知和行为的基础。阐明大脑皮层的细胞组织是理解大脑结构和功能的关键。

2023年7月12日，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）研究员李澄宇、刘志勇、青年研究员孙怡迪、副研究员沈志明，华大生命科学研究院研究员徐讯、刘龙奇、黎宇翔，临港实验室研究员魏武，腾讯AI Lab AI医疗首席科学家姚建华研究员共同通讯在Cell 在线发表题为“Single-cell spatial transcriptome reveals cell-type organization in the macaque cortex”的研究论文，该研究利用大规模单核RNA测序和143个猕猴皮质区域的空间转录组学分析，获得了264种转录组定义的皮质细胞类型的综合图谱，并绘制了它们在整个皮质的空间分布。

该研究表征了谷氨酸能、氨基丁酸能和非神经元细胞类型的皮质层和区域偏好，以及细胞类型组成和邻里复杂性的区域差异。值得注意的是，作者发现了视觉和体感系统中各种细胞类型的区域分布与区域等级水平之间的关系。来自人类、猕猴和小鼠皮层的转录组学数据的跨物种比较进一步揭示了灵长类特异性细胞类型在第4层富集，其标记基因以区域依赖的方式表达。该研究为理解灵长类动物大脑的进化、发育、衰老和发病机制提供了细胞和分子基础。

灵长类动物的大脑皮层相对于它们的体型来说更大，这与它们更高的认知能力和社交能力是一致的。猕猴的大脑由60多亿个细胞组成，根据它们的空间、分子、形态或生理特征，可以分为数百种细胞类型。这些不同类型的细胞分布在数百个不同的脑区，这些脑区是由解剖学、组织学和功能特征决定的。了解皮层中各种细胞类型的组成和空间分布对阐明灵长类动物大脑的组织原理至关重要。

单细胞转录组分析的进展揭示了不同物种大脑中不同细胞类型的基因表达谱。比较研究也揭示了在进化过程中神经元类型的适应性。最近发展的空间转录组学技术为绘制大脑中基因表达的空间分布提供了新的工具。在单细胞分辨率下对灵长类动物全脑进行空间转录组分析是极具挑战性的，因为其异质性和较大的脑体积，以及在大而薄的组织切片中保存细胞组织的困难。

机理模式图（图源自Cell ）

该研究采用了一种新开发的大视场空间转录组方法，称为“stereo-seq”，并开发了一种制备猴脑厘米级薄片的方法。结合大规模单核RNA测序(snRNA-seq)分析，作者获得了食蟹猴皮层的三维单细胞图谱。这使人们能够系统地分析皮层和区域特定的细胞类型分布及其分子指纹，并发现细胞类型组成与视觉和体感系统的层次组织之间的关系。跨物种比较也揭示了灵长类特有的细胞类型。该研究首次在单细胞水平上提供了猕猴皮层的全脑空间转录组，为未来大脑组织在进化、发育、衰老和发病过程中的分子和细胞研究铺平了道路。

中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）研究员李澄宇、刘志勇、青年研究员孙怡迪、副研究员沈志明，华大生命科学研究院研究员徐讯、刘龙奇、黎宇翔，临港实验室研究员魏武，腾讯AI Lab AI医疗首席科学家姚建华研究员为该论文共同通讯作者。华大生命科学研究院研究员陈奥、副研究员雷莹、研究员廖莎、硕士研究生朱志勇，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心青年研究员孙怡迪、单细胞平台主任李超、博士研究生孟娟、研究员梁智锋、助理研究员袁妮妮、工程师杨浩，临港实验室博士后柏亦沁，中国科学院上海营养与健康所博士研究生刘振，腾讯AI Lab研究员吴子涵为该论文的共同第一作者。该成果获得了科技部科技创新2030-重大项目“脑科学与类脑研究”、上海市级重大专项“全脑神经联接图谱与克隆猴模型计划”、中国科学院、基金委、深圳市、临港实验室重大任务等项目的支持。

原文链接：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)00679-7

转自：“iNature”微信公众号

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