新分子圖譜揭示腦細胞發育軌跡

科技日報北京7月29日電 （實習記者張佳欣）瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）和瑞典卡羅林斯卡學院的研究人員首次繪製了胚胎大腦細胞在成熟過程中遵循的遺傳和發育軌跡。這份分子圖譜不僅可幫助人們識別與神經發育狀況有關的基因，確定腦癌中惡性細胞的來源，還可以作為評估實驗室中幹細胞產生的腦組織的參考，同時能改進神經退行性疾病的細胞替代療法。相關研究發表在28日的《自然》雜誌上。

為了監測單個細胞在時間上的決策過程，研究人員從小鼠受精後第7天到出生，每日對小鼠胚胎的大腦樣本進行分析。結合基因測序技術和數學方法，研究人員獲得了來自所有腦區的大約29萬單個細胞的基因表達圖譜，以及近800個細胞的狀態，其中包括不同類型的細胞，如神經元和神經元支持細胞的發育程序。

隨着神經前體細胞的成熟，它們停止增殖，分化成數十個不同的神經元。研究人員跟蹤了這種分化，並描述了跨越不同腦區的神經幹細胞出現的時間。在小鼠胚胎中，第一批神經幹細胞出現的時間較早，在胚胎髮育的第9天之前。這大致相當於人類懷孕3個月的時間。研究人員發現，這些神經元與感覺和運動功能有關。

研究人員還發現了特定類型的放射狀神經膠質細胞，其作用是通過產生分子信使來引導鄰近細胞的發育，這些分子信使有助於確定各種特殊細胞類型在大腦中的位置。“如果大腦是一個管絃樂隊，組織者放射狀膠質細胞就是指揮。”該研究的主要作者、EPFL神經發育系統生物學實驗室主任基奧勒·曼諾説。研究小組發現，這些放射狀膠質細胞產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胞羣，其中一些羣的細胞數量是其他羣的100倍。細胞數量最多的羣之一似乎是前腦中的興奮性神經元，這裏包含了參與高級認知的大多數腦區。細胞數量最少的羣之一是一種被稱為室管膜細胞的神經元支持細胞，它會產生環繞大腦和脊髓的液體。

下一步，曼諾希望能確定發育的大腦中不同細胞羣的位置。“目前的圖譜是一張分子圖，告訴你哪種細胞相似，哪種細胞不同。”他説，“現在，我們想看看這些細胞在大腦中的位置。”

總編輯圈點

這張圖首次記錄了從受精後第7天到出生這段時間，腦細胞遵循的遺傳和發育軌跡。科研人員對小鼠胚胎的大腦進行了跟蹤研究，初步瞭解神經元和神經元支持細胞的發育程序。誰先出現，誰後出現，誰和誰是怎樣的關係，誰又能發揮怎樣的作用……科研人員試圖先在小鼠胚胎的大腦中解答這些問題。小鼠的大腦結構沒有人類的複雜，但也已經足夠精密。分析細胞的出現與成長，能解答一些長久以來困擾我們的問題，比如識別與神經發育狀況相關的基因，或者改進與神經退行性疾病相關的療法。