近日，美國艾倫腦科學(xué)研究所的一項(xiàng)新研究為我們展示了迄今為止最詳細(xì)的“人腦零部件清單”，闡明了人類大腦皮層的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，它對于理解我們的認(rèn)知能力和對疾病的易感性至關(guān)重要。該研究近日已發(fā)表在《Nature》上。

這項(xiàng)研究首次捕獲了人類與小鼠腦細(xì)胞類型之間超高分辨率的比較結(jié)果，顯示我們擁有的大部分腦細(xì)胞在小鼠大腦中都有對應(yīng)物，它們已經(jīng)保持了大約7500萬年的進(jìn)化距離。通過與小鼠的類似腦區(qū)比較，研究人員發(fā)現(xiàn)了二者在結(jié)構(gòu)和細(xì)胞類型方面的相似性，但也存在相當(dāng)多的差異。這強(qiáng)調(diào)了在研究模式生物外，直接研究人腦的重要性。

圖片來源：Nature

該研究通訊作者、艾倫腦科學(xué)研究所的研究員Ed Lein說：“正如我們可以通過ancestry.com或23andMe等服務(wù)，利用基因構(gòu)建我們的家族樹或者找到失散已久的親屬一樣，我們讓基因告訴我們大腦及其進(jìn)化的故事。就像警方能利用基因數(shù)據(jù)庫中的信息追蹤金州殺手一樣，這種新的超高分辨率的大腦視圖提供了一個(gè)基線，可以找到疾病中出錯(cuò)的細(xì)胞?！?/p>

小鼠和人類腦細(xì)胞類型的新比較為科學(xué)家們打開了一扇大門，他們可以將幾十年來在嚙齒類動物神經(jīng)科學(xué)研究中獲得的知識推演到我們自己的大腦中。細(xì)胞類型的排列也突出了我們與嚙齒類動物之間的關(guān)鍵差異，這可以解釋為什么在小鼠研究中開發(fā)的那么多精神類藥物在人體中不起作用。

美國國家心理健康研究所所長Joshua Gordon博士說：“這項(xiàng)研究結(jié)果非常關(guān)鍵，它讓我們能夠了解小鼠和人類之間的共同點(diǎn)和差異性，這將會產(chǎn)生對精神疾病更好的治療。我們最終的目標(biāo)將是開發(fā)出完整的人腦零部件清單。這是一個(gè)雄心勃勃的目標(biāo)，但這篇論文向我們表明，它是一項(xiàng)可行的工作?！?/p>

血清素受體，即允許我們的神經(jīng)元對神經(jīng)遞質(zhì)5-羥色胺作出反應(yīng)的蛋白質(zhì)，已知在食欲、情緒、記憶力、睡眠和許多其他重要的大腦功能中發(fā)揮著主導(dǎo)作用，但研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠和人類腦細(xì)胞之間發(fā)生了巨大的變化。我們和小鼠都有該蛋白質(zhì)，但它們用于小鼠的其他神經(jīng)元，而不同于我們。這些變化可以解釋為什么臨床研究人員很難開發(fā)出治療抑郁癥和其他與血清素相關(guān)疾病的新療法，作用于血清素受體的藥物對小鼠產(chǎn)生的影響可能與對我們非常不同。

人類大腦比小鼠的更復(fù)雜嗎？

研究人員利用單核RNA測序技術(shù)，鑒定出了人類大腦皮層某區(qū)域中的75種不同細(xì)胞類型，在小鼠大腦中具有松散的匹配。這一發(fā)現(xiàn)與人類基因組計(jì)劃在近20年前揭示的人類與小鼠擁有幾乎相同數(shù)量的基因相似。

Lein說：“許多人會認(rèn)為人腦比鼠腦更為復(fù)雜。令人驚訝的是，至少在細(xì)胞多樣性方面，情況似乎并非如此。但我們現(xiàn)在有了新方法可以進(jìn)行真正的腦腦對比，從中開始看到基因的使用方式、細(xì)胞的樣子，以及大腦中不同細(xì)胞類型的比例存在很多差異?！?/p>

圖片來源：Nature

研究人員使用基因表達(dá)，即在特定細(xì)胞中被激活的基因，從人類內(nèi)側(cè)顳葉（大腦顳葉的一部分）中篩選近16000個(gè)細(xì)胞。

這項(xiàng)研究依賴于那些為科學(xué)捐獻(xiàn)大腦的人死后的腦組織和接受過腦部手術(shù)癲癇患者捐贈的組織。艾倫研究所的研究人員現(xiàn)在正在研究覆蓋大腦更多區(qū)域的腦細(xì)胞類型。

在艾倫腦科學(xué)研究所的科學(xué)家Rebecca Hodge手中的是研究使用的一部分死后人腦切片

如果我們與小鼠的腦細(xì)胞既相同又不同，這聽起來非常令人困惑，那么想想哺乳動物四肢的多樣性吧。我們的手、蝙蝠的翅膀和鯨魚的鰭都是由同樣的基因構(gòu)建的，但這些結(jié)構(gòu)在外觀和功能上都截然不同。除了血清素受體的發(fā)現(xiàn)，該研究還揭示了與神經(jīng)元連接方式相關(guān)的基因表達(dá)的巨大變化，這意味著我們的腦回路可能與小鼠的非常不同。

該研究作者之一，首席科學(xué)家兼艾倫腦科學(xué)研究所所長Christof Koch博士說：“最重要的是，我們的大腦與小鼠的大腦存在很多的相似性和差異性，其中一點(diǎn)是，我們的進(jìn)化具有巨大的連續(xù)性，另外還有，我們是獨(dú)一無二的。如果你想治愈人腦疾病，那你必須了解人腦的獨(dú)特性?！?/p>

來源：中國生物技術(shù)網(wǎng)