新分子图谱揭示脑细胞发展轨迹

来自瑞士洛桑EPFL和瑞典卡罗林斯卡学院的研究人员首次绘制了胚胎脑细胞在成熟过程中的遗传和发育轨迹。该分子图谱不仅可以帮助人们识别与神经发育相关的基因，识别脑癌中恶性细胞的来源，还可以作为实验室评估干细胞产生脑组织的参考，完善神经退行性疾病的细胞替代治疗。相关研究于28日发表于《自然》杂志。

为了及时监测单个细胞的决策过程，研究人员从受精后第7天到出生，每天对小鼠胚胎的大脑样本进行分析。结合基因测序技术和数学方法，研究人员获得了来自所有脑区的约29万个单细胞的基因表达图谱，以及近800个细胞的状态，包括神经元和神经元支持细胞等不同类型细胞的发育程序。

随着神经前体细胞的成熟，它们停止增殖并分化成数十种不同的神经元。研究人员追踪了这种分化，并描述了跨越不同大脑区域的神经干细胞何时出现。在小鼠胚胎中，第一批神经干细胞出现较早，在胚胎发育的第9天之前。这大致相当于怀孕三个月。研究人员发现，这些神经元与感觉和运动功能有关。

研究人员还发现了特定类型的放射状胶质细胞，它可以通过产生分子信使来引导邻近细胞的发育，这有助于确定大脑中各种特殊细胞类型的位置。“如果大脑是管弦乐队，组织者的放射状胶质细胞就是指挥。”该研究的主要作者、EPFL神经发育系统生物学实验室主任科奥莱曼诺说。研究小组发现，这些放射状胶质细胞产生的分子信使种类比他们想象的要多。

研究人员还确定了不同的细胞群，其中一些细胞的数量是其他细胞的100倍。细胞数量最多的一组似乎是前脑中的兴奋性神经元，它包含了参与高级认知的大部分脑区。细胞数量最少的群体之一是一种叫做室管膜细胞的神经元支持细胞，它在大脑和脊髓周围产生液体。

接下来，马诺希望在发育中的大脑中定位不同的细胞群。“当前图是一张分子图，告诉你哪些细胞相似，哪些细胞不同。”他说，“现在，我们想看看这些细胞在大脑中的位置。”

这张照片首次记录了从受精后第7天到出生，脑细胞遵循的遗传和发育轨迹。研究人员跟踪了小鼠胚胎的大脑，初步了解了神经元和神经元支持细胞的发育过程。谁先出现，谁后出现，谁和谁有关系，谁能扮演什么角色……研究人员试图先在小鼠胚胎的大脑中回答这些问题。老鼠的大脑结构没有人类复杂，但也足够复杂。分析细胞的出现和生长可以解决一些长期困扰我们的问题，如识别与神经发育相关的基因或改善与神经退行性疾病相关的治疗方法。