Cell：重大进展！我国科学家构建出猕猴大脑皮层单细胞空间分布图谱

在一项新的研究中，来自中国多家研究机构的研究人员利用自主研发的空间转录组测序技术Stereo-seq以及snRNA-seq技术，绘制了猕猴大脑皮层细胞类型分类图谱，揭示了细胞类型组成与灵长类动物各个脑区的关系，为进一步研究神经回路提供了分子和细胞基础。相关研究结果于2023年7月12日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Single-cell spatial transcriptome reveals cell-type organization in the macaque cortex”。

灵长类动物拥有数量庞大的神经元，它们组成了复杂而错综复杂的神经回路，支持着高级认知和行为。这些细胞和回路的破坏会导致各种脑部疾病。了解大脑中细胞的组成和空间分布以及它们之间的关系是神经科学中的一个基本问题，堪比化学中的元素周期表、地理发现中的世界地图或通过人类基因组测序发现的DNA碱基序列。

与其他物种相比，灵长类动物，包括最接近人类的动物模型猕猴，具有更高的认知和社会能力，以及更大的大脑皮层和更多的细胞类型。例如，猕猴大脑有超过60亿个细胞，可根据它们的分子、形态或生理特征分为数百种细胞类型，它们的空间分布跨越数百个不同的脑区。破译大脑皮层中细胞亚型的组成和空间分布模式对于理解灵长类动物大脑的组织原理至关重要。

在这项新的研究中，这些作者利用一种新开发的大视场空间转录组方法---Stereo-seq和一种独立开发的方法制备了用于实验的厘米级猕猴大脑薄片。

通过结合大规模单细胞转录组分析，他们获得了食蟹猕猴整个大脑皮层的全面的三维单细胞图谱，为系统分析大脑皮层内细胞类型分布特异性和区域特异性以及分子特征提供了指导。

此外，他们还发现，谷氨酸能神经元、GABA能神经元和非神经元细胞在整个大脑皮层的分布表现出明显的皮层特异性和区域特异性。有趣的是，细胞类型组成与视觉和躯体感觉系统中脑区的分层组织之间存在着明显的相关性。同一层次的脑区往往具有相似的细胞类型组成，从而揭示了细胞组成与脑区结构之间的关系。

此外，通过与可公开获得的人脑和小鼠大脑单细胞数据进行跨物种比较，这些作者发现了灵长类动物特有的谷氨酸能神经元，它们主要位于第4层，高度表达与人类疾病相关的基因，包括FOXP2、DCC和EPHA3。

图片来自Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.06.009。

这项新的研究为整个猕猴大脑皮层生成了一个全面的单细胞和空间转录组学数据集，为未来的研究提供了重要的数据资源。这些数据可通过下面的网址公开获得：https://macaque.digital-brain.cn/spatial-omics。

未来，这些作者将继续关注大脑疾病的机制和靶标开发、脑细胞和结构进化以及大脑功能的细胞和分子机制。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1. Ao Chen et al. Single-cell spatial transcriptome reveals cell-type organization in the macaque cortex. Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.06.009.

2. Scientists map single-cell spatial distribution atlas of macaque cortex
https://medicalxpress.com/news/2023-07-scientists-single-cell-spatial-atlas-macaque.html