脑科学研究 | Cell ：理解人脑的重大突破！焦建伟/董骥/杜鹏/靳蕾合作解析迄今最全面的人脑时空发育图谱及规律

大脑的不同功能区是基本神经生理活动的基础。然而，在人类大脑发育过程中，区域特化在很大程度上仍未被探索。

2023年12月12日，中国科学院动物研究所焦建伟研究组、广州国家实验室董骥研究组、北京大学杜鹏研究组和北京大学靳蕾研究组合作共同通讯在Cell 在线发表题为“Spatiotemporal transcriptome atlas reveals the regional specification of the developing human brain”的研究论文，该研究通过结合空间转录组学(scStereo-seq)和scRNA-seq，建立了6-23孕周(GWs)人类大脑多个区域的时空发育图谱。

研究发现，在GW8左右，径向胶质细胞(RG)表现出区域异质性和特定的空间分布。有趣的是，RG亚型的区域异质性有助于随后的神经元特化。具体来说，两种间脑特异性亚型产生谷氨酸能和GABA能神经元，而腹侧中脑的亚型与多巴胺能神经元相关。新皮质和间脑具有相似的GABA能神经元亚型。此外，作者发现少突胶质前体细胞和GABA能神经元之间的细胞间相互作用影响并促进了神经元的发育，并伴有区域特异性。总之，这项研究为发展中的人类大脑的区域特化供了全面的见解。

作为人类最复杂的器官，大脑在解剖学上被分为不同的区域，这些区域具有特殊的输入输出连接来执行各种功能，包括以新皮层(Cor)为主的端脑(telencephalon)、间脑(Dien)、以中脑(Mid)为主体的脑干(brain stem)和小脑(cereum)。在发育过程中，大脑通过内在基因程序产生的空间线索的复杂相互作用而发育，从而在人类大脑中产生复杂的细胞类型。在这些细胞类型中，有些已经被明确地描述了，但还有许多尚未被发现。最近，单细胞RNA测序(scRNA-seq)已成为分析大脑发育过程中细胞异质性的有力工具。先前对小鼠的研究已经探索了发育中的胚胎大脑和成年大脑区域对于人类大脑的发育，特定的大脑区域和人类大脑发育的前三个月已经被探索过。然而，空间信息的缺失也使解释细胞定位和身份的层次机制变得复杂。

机理模式图（图源自Cell ）

空间转录组学作为一项新兴技术，为理解细胞的空间分布提供了极大的便利，目前已有几种空间转录组学技术在组织切片和胚胎中得到应用。然而，这些技术在视场上有一个主要的局限性，考虑到人脑在发育过程中体积的迅速扩大，这给研究人类大脑的发展，特别是区域专业化带来了巨大的挑战。最新的研究是利用10X Visium对妊娠周(GW) 6或GW7的人类神经发育单时间点的空间数据进行研究，但对后期神经发育连续时间点的高分辨率空间研究仍然缺乏。

该研究在单细胞水平上构建了5个人脑区域的综合时空发育图景，并进一步比较了主要细胞类型的区域差异。该图谱揭示了RG亚型的区域异质性有助于不同大脑区域的后续神经元特化。该图谱为更好地了解大脑发育和治疗神经发育障碍提供了重要的研究基础。

来源：iNature

原文链接：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(23)01233-3

转自：“威斯腾生命科学研究院”微信公众号

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