近日，鄭州大學河南省醫(yī)藥科學研究院、華大基因學院在腦再生時空圖譜方面取得突破性進展。學院2020級碩士研究生楊蘊智作為共同第一作者、2019級碩士研究生姜宇佳作為共同作者在國際著名學術期刊Science上發(fā)表了題為Single-cell Stereo-seq reveals induced progenitor cells involved in axolotl brain regeneration的學術論文，并作為封面文章。鄭州大學河南省醫(yī)藥科學研究院和華大基因學院為共同第一作者單位。至此，學院以共通訊或共一作身份在Cell(《細胞》）、Nature(《自然》）和Science（《科學》）等國際著名期刊發(fā)表學術文章。

該項研究基于華大基因空間增強分辨率組學測序技術(Stereo-seq)，構建了世界上第一個蠑螈(Ambystoma mexicanum)大腦發(fā)育和再生的時空細胞圖譜，這也是全球首個腦再生時空圖譜，揭示了腦損傷如何自我愈合。

研究中使用的墨西哥鈍口螈，可以再生受損的附屬物和多個內部器官，包括大腦。因此被科學家們作為重要的模式生物來研究再生相關難題。兩位同學所在研究團隊首先構建了涵蓋六個發(fā)育階段和七個損傷誘導再生階段的端腦切片的一組空間轉錄組數據，確定發(fā)育過程中存在的33種細胞類型和參與再生的28種細胞類型，包括不同類型的興奮性神經元和抑制性神經元，以及幾種室管膜膠質細胞（ependymoglia cell）亞型。展示了各類神經元的分子特征以及空間分布動態(tài)變化，并發(fā)現(xiàn)蠑螈腦從青少年時期就開始特化出具有空間區(qū)域特征的神經干細胞亞型。

為了研究蠑螈腦損傷后的再生過程，研究團隊對蠑螈腦的皮層區(qū)域進行機械損傷手術，并在損傷后的第2、5、10、15、20、30及60天，利用時空組學技術Stereo-seq對大腦樣本進行“拍照”，得到各個時間點的蠑螈腦再生圖集，完整記錄了蠑螈大腦從損傷，到再生修復完成的過程。通過對比7個時期再生“照片”和過程中的傷口狀態(tài)，研究團隊發(fā)現(xiàn)，傷口區(qū)域在損傷早期就出現(xiàn)了新的神經干細胞亞群，這群重要的細胞由損傷區(qū)域附近的其他神經干細胞亞群在受到損傷刺激后轉化而來，并在后續(xù)的再生過程中新生出神經元以填補損傷部位缺失的神經元。此外，雖然傷口處在修復早期便開始逐步被新生組織填充，但直到損傷后第60天，“照片”才顯示損傷區(qū)域的細胞類型及空間分布恢復到了未損傷側的狀態(tài)。

同時，研究團隊還觀察到，墨西哥蠑螈端腦的再生在分子級聯(lián)反應和潛在的細胞譜系轉換方面表現(xiàn)出與發(fā)育期間類似的神經發(fā)生模式，這表明大腦再生部分地再現(xiàn)了發(fā)育過程。

通過研究，找到了蠑螈腦再生過程中的關鍵神經干細胞亞群，描繪了此類干細胞亞群重構損傷神經元的過程，同時還發(fā)現(xiàn)腦再生與發(fā)育過程具有一定的相似性，為認知腦結構和發(fā)育過程提供助力，為神經系統(tǒng)的再生醫(yī)學研究和治療提供新的方向。

該研究對于理解腦再生這一重要的生命過程、兩棲類動物腦結構以及大腦結構的演化具有重要意義，為尋找有效的臨床治療方法，促進人類組織器官自我修復與再生提供了新的方向，也為物種進化研究提供了寶貴的數據資源。研究者將通過時空多組學技術去探究更多器官、更多物種的發(fā)育和再生過程，找到再生過程中的關鍵調控機制，助力人類再生醫(yī)學的發(fā)展?！?/p>

文章鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abp9444

該論文作為《科學》雜志封面文章

蠑螈腦再生時空圖譜