解码人类大脑：详细的细胞图谱为新一代疗法铺平道路

2023-10-15 15:55:10 来源：cnBeta

令人难以置信的详细细胞图谱有助于为新一代治疗方法铺平道路。一组国际科学家绘制了人类大脑和非人灵长类大脑的基因、细胞和结构组成图谱。通过美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）的"脑研究促进创新神经技术计划"的资助，科学家们对大脑结构有了更深入的了解，从而对大脑功能和功能障碍的细胞基础有了更深入的认识，为新一代针对精神障碍和其他脑部疾病患者的精准疗法铺平了道路。

(资料图)

研究人员绘制了人类和非人灵长类动物大脑的基因和细胞构成图谱，为深入了解大脑功能和治疗疾病提供了可能。这项研究是脑神经元计划（BRAIN Initiative）的一部分，共发表了 24 篇论文，有望在神经科学领域取得变革性进展。

这些研究成果发表在《科学》（Science）、《科学进展》（Science Advances）和《科学转化医学》（Science Translational Medicine）杂志的24篇论文集中。

"绘制大脑的细胞图谱是了解这一重要器官在健康和疾病中如何工作的关键一步，"美国国家精神卫生研究所所长、医学博士约书亚-戈登（Joshua A. Gordon）说。"这些新的人脑和非人灵长类动物大脑详细细胞图谱为设计新疗法奠定了基础，新疗法可以针对脑部疾病所涉及的特定脑细胞和脑回路。"

主要发现和见解

在这一最新的大脑激活细胞普查网络（BRAIN Initiative Cell Census Network，BICCN）论文集中，24 篇论文详细描述了人脑和非人灵长类动物脑细胞异常复杂的多样性。这些研究发现了人脑和非人灵长类大脑中细胞组织方式和基因调控方式的异同。例如论文集中的三篇论文首次提出了成人人脑的细胞图谱，绘制了大脑的转录和表观基因组图谱。转录组是细胞中基因读数的完整集合，其中包含制造蛋白质和其他细胞产品的指令。表观基因组指的是细胞 DNA 和染色体的化学修饰，它们改变了细胞遗传信息的表达方式。

在另一篇论文中，通过比较人脑和几种非人灵长类动物大脑（黑猩猩、大猩猩、猕猴和狨猴大脑）的细胞和分子特性，发现人类和非人灵长类动物大脑皮层细胞的类型、比例和空间组织有明显的相似之处。对不同物种大脑皮层细胞基因表达的研究表明，人类血统中基因表达的相对微小变化导致了神经元布线和突触功能的变化，这可能使人类大脑具有更强的可塑性，从而支持了人类大脑的适应、学习和变化能力。

一项探索狨猴不同脑区细胞如何变化的研究发现，成年大脑中细胞的特性与这些细胞在发育过程中的特性之间存在联系。这种联系表明，发育程序在细胞形成并维持到成年期时就已植入细胞中，而且成年后一些可观察到的细胞特性可能起源于生命早期。这一发现可能会让人们对整个生命周期的大脑发育和功能有新的认识。

对新皮层最外层神经元的解剖学和生理学的探索揭示了人脑和小鼠大脑的差异，表明这一区域可能是进化的热点，人类的变化反映了调节人类更复杂的大脑回路的更高要求。

BICCN是一项了解大脑细胞构成的开创性工作，其核心目标是建立大脑细胞的全面清单--它们在哪里、如何发育、如何协同工作以及如何调节其活动，从而更好地了解大脑疾病是如何发展、进展和得到最佳治疗的。

美国国立卫生研究院大脑计划主任约翰-恩盖（John Ngai）博士说："这一系列研究是在细胞水平上揭示人脑复杂性的里程碑式成就。通过 BICCN 建立起来的科学合作正在推动这一领域以指数级的速度向前发展；其进展和可能性简直令人叹为观止。"

本论文集中对人脑和非人灵长类动物大脑中的脑细胞类型进行的普查是朝着开发未来大脑治疗方法迈出的关键一步。这些发现还为"大脑神经网络计划细胞图谱网络"（BRAIN Initiative Cell Atlas Network）奠定了基础。"大脑神经网络计划细胞图谱网络"是一个具有变革意义的项目，它与另外两个大型项目--"大脑神经网络计划跨尺度连接"（BRAIN Initiative Connectivity Across Scales）和"精准脑细胞获取军械库"（Armamentarium for Precision Brain Cell Access）--旨在通过阐明支配行为回路基础的基本原理，为治疗人类大脑疾病的新方法提供信息，从而彻底改变神经科学研究。

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