近日，鄭州大學(xué)河南省醫(yī)藥科學(xué)研究院、華大基因?qū)W院在腦再生時(shí)空?qǐng)D譜方面取得突破性進(jìn)展。學(xué)院2020級(jí)碩士研究生楊蘊(yùn)智作為共同第一作者、2019級(jí)碩士研究生姜宇佳作為共同作者在國際著名學(xué)術(shù)期刊Science上發(fā)表了題為Single-cell Stereo-seq reveals induced progenitor cells involved in axolotl brain regeneration的學(xué)術(shù)論文，并作為封面文章。鄭州大學(xué)河南省醫(yī)藥科學(xué)研究院和華大基因?qū)W院為共同第一作者單位。至此，學(xué)院以共通訊或共一作身份在Cell(《細(xì)胞》）、Nature(《自然》）和Science（《科學(xué)》）等國際著名期刊發(fā)表學(xué)術(shù)文章。

該項(xiàng)研究基于華大基因空間增強(qiáng)分辨率組學(xué)測序技術(shù)(Stereo-seq)，構(gòu)建了世界上第一個(gè)蠑螈(Ambystoma mexicanum)大腦發(fā)育和再生的時(shí)空細(xì)胞圖譜，這也是全球首個(gè)腦再生時(shí)空?qǐng)D譜，揭示了腦損傷如何自我愈合。

研究中使用的墨西哥鈍口螈，可以再生受損的附屬物和多個(gè)內(nèi)部器官，包括大腦。因此被科學(xué)家們作為重要的模式生物來研究再生相關(guān)難題。兩位同學(xué)所在研究團(tuán)隊(duì)首先構(gòu)建了涵蓋六個(gè)發(fā)育階段和七個(gè)損傷誘導(dǎo)再生階段的端腦切片的一組空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，確定發(fā)育過程中存在的33種細(xì)胞類型和參與再生的28種細(xì)胞類型，包括不同類型的興奮性神經(jīng)元和抑制性神經(jīng)元，以及幾種室管膜膠質(zhì)細(xì)胞（ependymoglia cell）亞型。展示了各類神經(jīng)元的分子特征以及空間分布動(dòng)態(tài)變化，并發(fā)現(xiàn)蠑螈腦從青少年時(shí)期就開始特化出具有空間區(qū)域特征的神經(jīng)干細(xì)胞亞型。

為了研究蠑螈腦損傷后的再生過程，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)蠑螈腦的皮層區(qū)域進(jìn)行機(jī)械損傷手術(shù)，并在損傷后的第2、5、10、15、20、30及60天，利用時(shí)空組學(xué)技術(shù)Stereo-seq對(duì)大腦樣本進(jìn)行“拍照”，得到各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的蠑螈腦再生圖集，完整記錄了蠑螈大腦從損傷，到再生修復(fù)完成的過程。通過對(duì)比7個(gè)時(shí)期再生“照片”和過程中的傷口狀態(tài)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，傷口區(qū)域在損傷早期就出現(xiàn)了新的神經(jīng)干細(xì)胞亞群，這群重要的細(xì)胞由損傷區(qū)域附近的其他神經(jīng)干細(xì)胞亞群在受到損傷刺激后轉(zhuǎn)化而來，并在后續(xù)的再生過程中新生出神經(jīng)元以填補(bǔ)損傷部位缺失的神經(jīng)元。此外，雖然傷口處在修復(fù)早期便開始逐步被新生組織填充，但直到損傷后第60天，“照片”才顯示損傷區(qū)域的細(xì)胞類型及空間分布恢復(fù)到了未損傷側(cè)的狀態(tài)。

同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)還觀察到，墨西哥蠑螈端腦的再生在分子級(jí)聯(lián)反應(yīng)和潛在的細(xì)胞譜系轉(zhuǎn)換方面表現(xiàn)出與發(fā)育期間類似的神經(jīng)發(fā)生模式，這表明大腦再生部分地再現(xiàn)了發(fā)育過程。

通過研究，找到了蠑螈腦再生過程中的關(guān)鍵神經(jīng)干細(xì)胞亞群，描繪了此類干細(xì)胞亞群重構(gòu)損傷神經(jīng)元的過程，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)腦再生與發(fā)育過程具有一定的相似性，為認(rèn)知腦結(jié)構(gòu)和發(fā)育過程提供助力，為神經(jīng)系統(tǒng)的再生醫(yī)學(xué)研究和治療提供新的方向。

該研究對(duì)于理解腦再生這一重要的生命過程、兩棲類動(dòng)物腦結(jié)構(gòu)以及大腦結(jié)構(gòu)的演化具有重要意義，為尋找有效的臨床治療方法，促進(jìn)人類組織器官自我修復(fù)與再生提供了新的方向，也為物種進(jìn)化研究提供了寶貴的數(shù)據(jù)資源。研究者將通過時(shí)空多組學(xué)技術(shù)去探究更多器官、更多物種的發(fā)育和再生過程，找到再生過程中的關(guān)鍵調(diào)控機(jī)制，助力人類再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展。”

文章鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abp9444

該論文作為《科學(xué)》雜志封面文章

蠑螈腦再生時(shí)空?qǐng)D譜