Cell：科学家绘制出全球首个人类大脑细胞图谱揭示大脑细胞基因活性的改变

人类大脑的发育是以细胞核分子的重新配置为基础，其能持续到生命的第三十个年头；近日，一篇发表在国际杂志Cell上题为“Human prefrontal cortex gene regulatory dynamics from gestation to adulthood at single-cell resolution”的研究报告中，来自西澳大学等机构的科学家们通过研究开发出了全球首个图谱来揭示个体从出生前到成年后不同的大脑细胞类型所表现出的基因活性改变情况，有了这张正常大脑细胞发育的图谱，如今研究人员就能更加准确地识别出神经和精神疾病的改变状态，比如精神分裂症或诸如脑癌等疾病的异常细胞状态。 研究者Chuck Herring表示，这张高分辨率图谱或能揭示随着机体不断成熟，从在机体的妊娠中期到正常个体的成年时期的过程中大脑前额叶皮层中每种不同大脑细胞类型的基因活性是如何发生改变的，同时还能帮助预测控制这些改变的特殊细胞因素。如果没有这张大脑正常发育的图谱，研究人员并没有一张参考物来识别出哪些变得异常了，以及这些异常如何促进大脑障碍的发生。 通过开发正常大脑细胞发育的图谱，如今研究人员就能更加准确地识别出人类神经和精神性疾病发生过程中所发生的状态改变。此前研究人员绘制出了在人类大脑发育过程中表观遗传组如何变化的图谱，本文中，研究人员重点分析了基因活性以及其控制的因素如何随着机体成熟而不断发生改变。

我们的大脑中包含数十亿个细胞以及多种不同的细胞类型，每个细胞都拥有自己特殊的功能，但这或许需要很长时间来建立，而大脑的成熟会持续到供体生命的第三十年。在这一漫长的过程中，机体的认知能力会出现、成长、改变以及进步，试想一下，相比儿童、幼儿和新生儿，成年人所能做的事情存在着非常巨大的差异。而支持这些进步的是我们大脑细胞中所发生的复杂变化，因为其在不断迁移、生长、形成并完善连接，以及沟通；而重要的是，这些改变需要对基因活性的正确控制和时间，而本文研究就提供了进行这方面研究的第一张参考图。

科学家绘制出全球首个人类大脑细胞图谱揭示大脑细胞基因活性的改变。 图片来源：Cell (2022). DOI:10.1016/j.cell.2022.09.039 

在此之前，研究人员对出生和成年之间大脑中基因活性和控制基因活性的因素的认识还存在巨大差异，这项研究中，研究人员从神经正常的个体中获得了其死亡后的大脑组织，并利用新技术来在单细胞分辨率下绘制出了基因活性，从而追踪随着机体发育和老化时的每一个细胞类型。

研究者Saskia Freytag说道，不同的神经和精神疾病会在机体发育的特定时间内出现，比如早年间的自闭症谱系障碍或有时在十几岁出现的诸如精神分裂症等神经精神性疾病，因此在机体发育过程中，特定疾病的出现都有着共同的时间段，因为其都有一个细胞基础。这种新型图谱的绘制或许就能帮助研究人员更好地理解人类大脑障碍的发生，同时还能帮助开发出改进型的大脑细胞模型来模拟疾病发生以及新型的药物发现。

研究者表示，对于神经科学家们以及从事发育生物学的研究人员而言，这或许是一个伟大的资源，影响大脑的大部分疾病都会随着时间不短进展，因此，本文研究结果或能帮助研究人员识别出这些疾病表现出来之前的最初事件，这或许就能帮助研究人员未来对患者进行更早地干预。综上，本文研究结果表明，研究人员绘制出的全球首个人类大脑图谱或能成功捕捉到人类大脑皮层发育的动态调节景观。

原始出处： Charles A. Herring，Rebecca K. Simmons，Saskia Freytag, et al. Human prefrontal cortex gene regulatory dynamics from gestation to adulthood at single-cell resolution, Cell (2022). DOI: 10.1016/j.cell.2022.09.039