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瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院（EPFL）和瑞典卡羅林斯卡學院的研究人員首次繪制了胚胎大腦細胞在成熟過程中遵循的遺傳和發(fā)育軌跡。這份分子圖譜不僅可幫助人們識別與神經(jīng)發(fā)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干細胞產(chǎn)生的腦組織的參考，同時能改進神經(jīng)退行性疾病的細胞替代療法。相關研究發(fā)表在28日的《自然》雜志上。

為了監(jiān)測單個細胞在時間上的決策過程，研究人員從小鼠受精后第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(shù)學方法，研究人員獲得了來自所有腦區(qū)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(tài)，其中包括不同類型的細胞，如神經(jīng)元和神經(jīng)元支持細胞的發(fā)育程序。

隨著神經(jīng)前體細胞的成熟，它們停止增殖，分化成數(shù)十個不同的神經(jīng)元。研究人員跟蹤了這種分化，并描述了跨越不同腦區(qū)的神經(jīng)干細胞出現(xiàn)的時間。在小鼠胚胎中，第一批神經(jīng)干細胞出現(xiàn)的時間較早，在胚胎發(fā)育的第9天之前。這大致相當于人類懷孕3個月的時間。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些神經(jīng)元與感覺和運動功能有關。

研究人員還發(fā)現(xiàn)了特定類型的放射狀神經(jīng)膠質細胞，其作用是通過產(chǎn)生分子信使來引導鄰近細胞的發(fā)育，這些分子信使有助于確定各種特殊細胞類型在大腦中的位置。“如果大腦是一個管弦樂隊，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(jīng)發(fā)育系統(tǒng)生物學實驗室主任基奧勒·曼諾說。研究小組發(fā)現(xiàn)，這些放射狀膠質細胞產(chǎn)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群，其中一些群的細胞數(shù)量是其他群的100倍。細胞數(shù)量最多的群之一似乎是前腦中的興奮性神經(jīng)元，這里包含了參與高級認知的大多數(shù)腦區(qū)。細胞數(shù)量最少的群之一是一種被稱為室管膜細胞的神經(jīng)元支持細胞，它會產(chǎn)生環(huán)繞大腦和脊髓的液體。

下一步，曼諾希望能確定發(fā)育的大腦中不同細胞群的位置。“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。”他說，“現(xiàn)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后第7天到出生這段時間，腦細胞遵循的遺傳和發(fā)育軌跡。科研人員對小鼠胚胎的大腦進行了跟蹤研究，初步了解神經(jīng)元和神經(jīng)元支持細胞的發(fā)育程序。誰先出現(xiàn)，誰后出現(xiàn)，誰和誰是怎樣的關系，誰又能發(fā)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復雜，但也已經(jīng)足夠精密。分析細胞的出現(xiàn)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(jīng)發(fā)育狀況相關的基因，或者改進與神經(jīng)退行性疾病相關的療法。（實習記者張佳欣）