深圳新聞網(wǎng)2025年3月27日訊（記者 劉夢婷）近日，杭州華大生命科學研究院聯(lián)合中國科學院腦科學與智能技術卓越中心、臨港實驗室和騰訊AI實驗室等單位，利用單細胞轉(zhuǎn)錄組和空間轉(zhuǎn)錄組技術，構(gòu)建了具有單細胞分辨率的成年小鼠大腦圖譜，為大腦功能的理解提供了全新視角，相關成果在線發(fā)表于Neuron。

Neuron 官網(wǎng)截圖

哺乳動物大腦的復雜性體現(xiàn)在多樣的細胞類型、特定的空間分布，以及復雜的神經(jīng)連接等方面，這為解析行為背后的神經(jīng)環(huán)路帶來了巨大挑戰(zhàn)。

盡管科學家此前已通過傳統(tǒng)細胞結(jié)構(gòu)特征、單細胞轉(zhuǎn)錄組技術，以及基于成像或測序的空間組學技術構(gòu)建了多種小鼠大腦圖譜，但兼具單細胞分辨率和覆蓋全基因組范圍的完整大腦圖譜仍屬空白。本次鼠腦圖譜的發(fā)布填補了這一空缺，并基于這兩個優(yōu)勢取得了一系列重要發(fā)現(xiàn)。

不同位置的細胞類型存在顯著差異

通過單細胞分辨率和全基因組覆蓋的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，科研人員成功識別了具有不同空間分布特征的神經(jīng)元亞型。例如，研究揭示了不同腦干運動核團中不同類型的運動神經(jīng)元亞型，這一發(fā)現(xiàn)為深入解析運動控制的分子機制提供了關鍵線索。同時，研究還發(fā)現(xiàn)部分非神經(jīng)元細胞類型表現(xiàn)出區(qū)域富集特征，進一步拓展了對大腦細胞分布及其功能多樣性的認知。

通過轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)優(yōu)化腦區(qū)劃分

傳統(tǒng)上，大腦區(qū)域的邊界是根據(jù)細胞結(jié)構(gòu)和功能定義的，忽略了基因的轉(zhuǎn)錄特性。利用全基因組范圍的空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，一方面驗證了基于轉(zhuǎn)錄組特征劃分大腦區(qū)域的可行性，另一方面通過空間聚類方法，優(yōu)化了鼠腦的腦區(qū)分割。同時，基因模塊分析揭示了小鼠大腦不同區(qū)域的轉(zhuǎn)錄組特征，這為理解腦區(qū)特異性的分子機制提供了重要線索，也為研究其他物種的大腦分區(qū)提供了新的方法論支持，有望推動對大腦復雜結(jié)構(gòu)及其功能的深入理解。

鼠腦發(fā)育和非編碼RNA數(shù)據(jù)助力神經(jīng)發(fā)育與疾病研究

此次研究覆蓋從小鼠胚胎期到成年期7個不同時間點的腦部全發(fā)育階段數(shù)據(jù)，揭示了411個具有顯著時空動態(tài)變化的轉(zhuǎn)錄因子，不僅為大腦發(fā)育研究提供了全面的時空轉(zhuǎn)錄組資源，還為神經(jīng)發(fā)育的調(diào)控機制提供了新的見解。

非編碼RNA，尤其是長鏈非編碼RNA在哺乳動物大腦的發(fā)育、成熟和疾病中發(fā)揮著重要作用。作為此次的研究亮點之一，團隊首次整合了長鏈非編碼RNA的空間表達數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)長鏈非編碼RNA的表達在成年小鼠大腦中具有區(qū)域選擇性，在發(fā)育中的小鼠大腦內(nèi)則呈現(xiàn)出時空動態(tài)性，為神經(jīng)功能與非編碼RNA相關性的研究奠定了基礎。

這些成果標志著小鼠大腦空間轉(zhuǎn)錄組圖譜的構(gòu)建和應用邁出了重要一步，不僅為探索大腦發(fā)育和功能的分子機制提供了新的工具，也為神經(jīng)科學、發(fā)育生物學及相關疾病的研究提供了新的視角和方向。

華大生命科學研究院劉龍奇研究員、徐訊研究員，中國科學院腦科學與智能技術卓越中心孫衍剛研究員、沈志明研究員、李超副研究員、王曉飛、臨港實驗室魏武研究員和騰訊AI實驗室姚建華為論文共同通訊作者。華大生命科學研究院韓磊、荊澤華、彭玉杰、常會中、雷俊杰和臨港實驗室劉振、劉雨暄、劉偉，以及中國科學院腦科學與智能技術卓越中心王可新、徐園芳、騰訊AI實驗室吳子涵為論文共同第一作者。本研究受到科技創(chuàng)新2030-“腦科學與類腦研究”等項目聯(lián)合資助。