华大基因解读「探索大脑奥秘」

神经元生成轨迹。图片来源：华大基因基因组学

由于其独特而可爱的外观，墨西哥蝾螈是一种受欢迎的宠物。与其他变质蝾螈不同，蝾螈（发音为ACK-suh-LAH-tuhl）永远不会超过幼虫的幼体阶段，这种特征被称为新生。它还因其再生缺失的四肢和其他组织的能力而得到认可，包括大脑，脊髓，尾巴，皮肤，四肢，肝脏，骨骼肌，心脏，上下颌以及视网膜，角膜和晶状体等眼组织。

哺乳动物，包括人类，在脑损伤后几乎无法重建受损组织。另一方面，一些物种，如鱼类和轴螈，可能会用新的神经元补充受伤的大脑区域。

蝾螈可以再生的组织类型，如红色所示。摄像：德布克和戈德温，2016年

大脑再生需要以特定时间和区域的方式协调复杂的反应。在《科学》杂志封面上发表的一篇论文中，华大基因及其研究合作伙伴使用 Stereo-seq 技术，以单细胞分辨率在整个发育和再生过程中重建蝾螈大脑结构。检查使轴突能够更新大脑的基因和细胞类型可能会更好地治疗严重伤害并释放人类再生潜力。

图片来源：华大基因基因组学

损伤后七个不同时间点的细胞再生图像;控制图像位于左侧。

研究小组从六个发育阶段和七个再生阶段收集了蝾螈样品，并提供了相应的时空 Stereo-seq 数据。六个发展阶段包括：

通过对不同发育阶段细胞类型的系统研究，研究人员发现，在发育早期阶段，位于VZ区的神经干细胞很难区分亚型，而具有专门的神经干细胞亚型，从青春期开始就具有空间区域特征，从而提示各种亚型在再生过程中可能具有不同的功能。

在研究的第三部分，研究人员生成了一组脑端关节切片的空间转录组数据，这些数据涵盖了七个损伤诱导的再生阶段。15天后，一种新的神经干细胞亚型reaEGC（反应性室管膜细胞）出现在伤口区域。

蝾螈大脑发育和再生过程。图片来源：华大基因基因组学

伤口处出现部分组织连接，20~30天后，新组织再生，但细胞类型组成与未损伤组织明显不同。受损区域的细胞类型和分布直到损伤后60天才恢复到未受伤组织的状态。

参与这一过程的关键神经干细胞亚型（reaEGC）来源于伤口附近静止神经干细胞亚型（wntEGC和sfrpEGC）在受到损伤刺激后的激活和转化。

发育和再生过程中神经元的形成有什么异同？研究人员在发育和再生之间发现了类似的模式，即从神经干细胞到祖细胞，随后进入未成熟的神经元，最后进入成熟的神经元。

蝾螈脑发育的空间和时间分布。图片来源：华大基因基因组学

通过比较这两个过程的分子特征，研究人员发现，在再生和发育过程中神经元形成过程非常相似，表明损伤诱导神经干细胞将自己转变为再生发育状态以启动再生过程。

“我们的团队分析了蝾螈脑再生过程中的重要细胞类型，并跟踪了其空间细胞谱系的变化，”本文第一作者、华大基因研究高级研究员Wei Xiaoyu博士说。“Stereo-seq揭示的关键细胞类型的时空动力学为我们提供了一个强大的工具，为生命科学的新研究方向铺平了道路。

华大基因研究院生命科学总监徐荪（Xun Xu）通讯作者指出：“在自然界中，有许多自我再生的物种，再生的机制非常多样化。通过多组学方法，世界各地的科学家可以更系统地合作。