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解碼人類大腦：詳細(xì)的細(xì)胞圖譜為新一代療法鋪平道路

2023-10-15 15:55:10 來源：cnBeta

令人難以置信的詳細(xì)細(xì)胞圖譜有助于為新一代治療方法鋪平道路。一組國際科學(xué)家繪制了人類大腦和非人靈長類大腦的基因、細(xì)胞和結(jié)構(gòu)組成圖譜。通過美國國立衛(wèi)生研究院（National Institutes of Health）的"腦研究促進(jìn)創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)計(jì)劃"的資助，科學(xué)家們對大腦結(jié)構(gòu)有了更深入的了解，從而對大腦功能和功能障礙的細(xì)胞基礎(chǔ)有了更深入的認(rèn)識，為新一代針對精神障礙和其他腦部疾病患者的精準(zhǔn)療法鋪平了道路。

(資料圖)

研究人員繪制了人類和非人靈長類動物大腦的基因和細(xì)胞構(gòu)成圖譜，為深入了解大腦功能和治療疾病提供了可能。這項(xiàng)研究是腦神經(jīng)元計(jì)劃（BRAIN Initiative）的一部分，共發(fā)表了 24 篇論文，有望在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域取得變革性進(jìn)展。

這些研究成果發(fā)表在《科學(xué)》（Science）、《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）和《科學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》（Science Translational Medicine）雜志的24篇論文集中。

"繪制大腦的細(xì)胞圖譜是了解這一重要器官在健康和疾病中如何工作的關(guān)鍵一步，"美國國家精神衛(wèi)生研究所所長、醫(yī)學(xué)博士約書亞-戈登（Joshua A. Gordon）說。"這些新的人腦和非人靈長類動物大腦詳細(xì)細(xì)胞圖譜為設(shè)計(jì)新療法奠定了基礎(chǔ)，新療法可以針對腦部疾病所涉及的特定腦細(xì)胞和腦回路。"

主要發(fā)現(xiàn)和見解

在這一最新的大腦激活細(xì)胞普查網(wǎng)絡(luò)（BRAIN Initiative Cell Census Network，BICCN）論文集中，24 篇論文詳細(xì)描述了人腦和非人靈長類動物腦細(xì)胞異常復(fù)雜的多樣性。這些研究發(fā)現(xiàn)了人腦和非人靈長類大腦中細(xì)胞組織方式和基因調(diào)控方式的異同。例如論文集中的三篇論文首次提出了成人人腦的細(xì)胞圖譜，繪制了大腦的轉(zhuǎn)錄和表觀基因組圖譜。轉(zhuǎn)錄組是細(xì)胞中基因讀數(shù)的完整集合，其中包含制造蛋白質(zhì)和其他細(xì)胞產(chǎn)品的指令。表觀基因組指的是細(xì)胞 DNA 和染色體的化學(xué)修飾，它們改變了細(xì)胞遺傳信息的表達(dá)方式。

在另一篇論文中，通過比較人腦和幾種非人靈長類動物大腦（黑猩猩、大猩猩、獼猴和狨猴大腦）的細(xì)胞和分子特性，發(fā)現(xiàn)人類和非人靈長類動物大腦皮層細(xì)胞的類型、比例和空間組織有明顯的相似之處。對不同物種大腦皮層細(xì)胞基因表達(dá)的研究表明，人類血統(tǒng)中基因表達(dá)的相對微小變化導(dǎo)致了神經(jīng)元布線和突觸功能的變化，這可能使人類大腦具有更強(qiáng)的可塑性，從而支持了人類大腦的適應(yīng)、學(xué)習(xí)和變化能力。

一項(xiàng)探索狨猴不同腦區(qū)細(xì)胞如何變化的研究發(fā)現(xiàn)，成年大腦中細(xì)胞的特性與這些細(xì)胞在發(fā)育過程中的特性之間存在聯(lián)系。這種聯(lián)系表明，發(fā)育程序在細(xì)胞形成并維持到成年期時就已植入細(xì)胞中，而且成年后一些可觀察到的細(xì)胞特性可能起源于生命早期。這一發(fā)現(xiàn)可能會讓人們對整個生命周期的大腦發(fā)育和功能有新的認(rèn)識。

對新皮層最外層神經(jīng)元的解剖學(xué)和生理學(xué)的探索揭示了人腦和小鼠大腦的差異，表明這一區(qū)域可能是進(jìn)化的熱點(diǎn)，人類的變化反映了調(diào)節(jié)人類更復(fù)雜的大腦回路的更高要求。

BICCN是一項(xiàng)了解大腦細(xì)胞構(gòu)成的開創(chuàng)性工作，其核心目標(biāo)是建立大腦細(xì)胞的全面清單--它們在哪里、如何發(fā)育、如何協(xié)同工作以及如何調(diào)節(jié)其活動，從而更好地了解大腦疾病是如何發(fā)展、進(jìn)展和得到最佳治療的。

美國國立衛(wèi)生研究院大腦計(jì)劃主任約翰-恩蓋（John Ngai）博士說："這一系列研究是在細(xì)胞水平上揭示人腦復(fù)雜性的里程碑式成就。通過 BICCN 建立起來的科學(xué)合作正在推動這一領(lǐng)域以指數(shù)級的速度向前發(fā)展；其進(jìn)展和可能性簡直令人嘆為觀止。"

本論文集中對人腦和非人靈長類動物大腦中的腦細(xì)胞類型進(jìn)行的普查是朝著開發(fā)未來大腦治療方法邁出的關(guān)鍵一步。這些發(fā)現(xiàn)還為"大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃細(xì)胞圖譜網(wǎng)絡(luò)"（BRAIN Initiative Cell Atlas Network）奠定了基礎(chǔ)。"大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃細(xì)胞圖譜網(wǎng)絡(luò)"是一個具有變革意義的項(xiàng)目，它與另外兩個大型項(xiàng)目--"大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃跨尺度連接"（BRAIN Initiative Connectivity Across Scales）和"精準(zhǔn)腦細(xì)胞獲取軍械庫"（Armamentarium for Precision Brain Cell Access）--旨在通過闡明支配行為回路基礎(chǔ)的基本原理，為治療人類大腦疾病的新方法提供信息，從而徹底改變神經(jīng)科學(xué)研究。

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