瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)和瑞典卡羅林斯卡學(xué)院的研究人員首次繪制了胚胎大腦細(xì)胞在成熟過程中遵循的遺傳和發(fā)育軌跡。這份分子圖譜不僅可幫助人們識別與神經(jīng)發(fā)育狀況有關(guān)的基因，確定腦癌中惡性細(xì)胞的來源，還可以作為評估實(shí)驗(yàn)室中干細(xì)胞產(chǎn)生的腦組織的參考，同時能改進(jìn)神經(jīng)退行性疾病的細(xì)胞替代療法。相關(guān)研究發(fā)表在28日的《自然》雜志上。

為了監(jiān)測單個細(xì)胞在時間上的決策過程，研究人員從小鼠受精后第7天到出生，每日對小鼠胚胎的大腦樣本進(jìn)行分析。結(jié)合基因測序技術(shù)和數(shù)學(xué)方法，研究人員獲得了來自所有腦區(qū)的大約29萬單個細(xì)胞的基因表達(dá)圖譜，以及近800個細(xì)胞的狀態(tài)，其中包括不同類型的細(xì)胞，如神經(jīng)元和神經(jīng)元支持細(xì)胞的發(fā)育程序。

隨著神經(jīng)前體細(xì)胞的成熟，它們停止增殖，分化成數(shù)十個不同的神經(jīng)元。研究人員跟蹤了這種分化，并描述了跨越不同腦區(qū)的神經(jīng)干細(xì)胞出現(xiàn)的時間。在小鼠胚胎中，第一批神經(jīng)干細(xì)胞出現(xiàn)的時間較早，在胚胎發(fā)育的第9天之前。這大致相當(dāng)于人類懷孕3個月的時間。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些神經(jīng)元與感覺和運(yùn)動功能有關(guān)。

研究人員還發(fā)現(xiàn)了特定類型的放射狀神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞，其作用是通過產(chǎn)生分子信使來引導(dǎo)鄰近細(xì)胞的發(fā)育，這些分子信使有助于確定各種特殊細(xì)胞類型在大腦中的位置。“如果大腦是一個管弦樂隊(duì)，組織者放射狀膠質(zhì)細(xì)胞就是指揮。”該研究的主要作者、EPFL神經(jīng)發(fā)育系統(tǒng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任基奧勒·曼諾說。研究小組發(fā)現(xiàn)，這些放射狀膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生的分子信使種類比他們想象的要多。

研究人員還識別出不同的細(xì)胞群，其中一些群的細(xì)胞數(shù)量是其他群的100倍。細(xì)胞數(shù)量最多的群之一似乎是前腦中的興奮性神經(jīng)元，這里包含了參與高級認(rèn)知的大多數(shù)腦區(qū)。細(xì)胞數(shù)量最少的群之一是一種被稱為室管膜細(xì)胞的神經(jīng)元支持細(xì)胞，它會產(chǎn)生環(huán)繞大腦和脊髓的液體。

下一步，曼諾希望能確定發(fā)育的大腦中不同細(xì)胞群的位置。“目前的圖譜是一張分子圖，告訴你哪種細(xì)胞相似，哪種細(xì)胞不同。”他說，“現(xiàn)在，我們想看看這些細(xì)胞在大腦中的位置。”

總編輯圈點(diǎn)

這張圖首次記錄了從受精后第7天到出生這段時間，腦細(xì)胞遵循的遺傳和發(fā)育軌跡。科研人員對小鼠胚胎的大腦進(jìn)行了跟蹤研究，初步了解神經(jīng)元和神經(jīng)元支持細(xì)胞的發(fā)育程序。誰先出現(xiàn)，誰后出現(xiàn)，誰和誰是怎樣的關(guān)系，誰又能發(fā)揮怎樣的作用……科研人員試圖先在小鼠胚胎的大腦中解答這些問題。小鼠的大腦結(jié)構(gòu)沒有人類的復(fù)雜，但也已經(jīng)足夠精密。分析細(xì)胞的出現(xiàn)與成長，能解答一些長久以來困擾我們的問題，比如識別與神經(jīng)發(fā)育狀況相關(guān)的基因，或者改進(jìn)與神經(jīng)退行性疾病相關(guān)的療法。