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【jishifabu】qingsonghuankuaideyouxiyinle，dailaichenjinshidetiyangan！daliangdexiyouzhuangbeibiandidoushi，banidebeibaosaidemanmande。youxicaozuojiweiyouhao，benzuojinxusigeanniucaozong。qingsongjiaohu！shishiyuyin，suiyiliaomei。Science重(zhong)磅(bang)封(feng)面(mian)：中(zhong)國(guo)團(tuan)隊(dui)發(fa)布(bu)全(quan)球(qiu)首(shou)個(ge)腦(nao)再(zai)生(sheng)圖(tu)譜(pu)！

新(xin)智(zhi)元(yuan)報(bao)道(dao)

編(bian)輯(ji)：拉(la)燕(yan) 桃(tao)子(zi)

【新智元導(dao)讀(du)】若(ruo)大(da)脑100%被(bei)開(kai)发，「超(chao)體(ti)」或(huo)成(cheng)為(wei)現(xian)實(shi)？近(jin)日(ri)，中国科(ke)學(xue)家(jia)創(chuang)建(jian)了(le)全球首个蠑(rong)螈(yuan)脑再生時(shi)空(kong)图谱，研(yan)究(jiu)成果(guo)登(deng)上(shang)Science封面。

人(ren)類(lei)大脑真(zhen)的(de)僅(jin)能(neng)开发10%嗎(ma)？

電(dian)影(ying)「超体」中，女(nv)主(zhu)Lucy誤(wu)打(da)误撞(zhuang)开发了100%的大脑潛(qian)能。

伴(ban)隨(sui)著(zhe)身(shen)体的飛(fei)快(kuai)進(jin)化(hua)，她(ta)掌(zhang)握(wo)了越(yue)來(lai)越多(duo)的超能力(li)：瞬(shun)間(jian)掌握外(wai)語(yu)，利(li)用(yong)脑电波(bo)隔(ge)空移(yi)物(wu)，任(ren)意(yi)改(gai)變(bian)物体形(xing)態(tai)...

若想(xiang)讓(rang)大脑神(shen)經(jing)元能夠(gou)不(bu)斷(duan)开发的壹(yi)種(zhong)可(ke)能便(bian)是(shi)我(wo)們(men)的大脑細(xi)胞(bao)擁(yong)有(you)再生能力。

目(mu)前(qian)，全球唯(wei)一能再生大脑的生物便是——又(you)呆(dai)又萌(meng)的「神獸(shou)」蝾螈。

可是，人类能否(fou)实现大脑再生呢(ne)？

近日，華(hua)大生命(ming)科学研究院(yuan)帶(dai)領(ling)的团队完(wan)成了首个蝾螈脑再生时空图谱，揭(jie)示(shi)了脑損(sun)傷(shang)如(ru)何(he)自(zi)我愈(yu)合(he)。

這(zhe)是全球首个脑再生时空图谱，研究成果已(yi)於(yu)9月(yue)2日登上Science封面。

首个脑再生时空图谱

提(ti)到(dao)再生能力，蜥(xi)蜴(yi)再生尾(wei)巴(ba)已不足(zu)为奇(qi)。

此(ci)外，蝙(bian)蝠(fu)翅(chi)膀(pang)、斑(ban)馬(ma)魚(yu)心(xin)臟(zang)、鯊(sha)鱼牙(ya)齒(chi)、海(hai)星(xing)四(si)肢(zhi)...都(dou)能够再生。

唯獨(du)生物「大脑」再生的能力让科学家着迷(mi)。

这篇(pian) Single-cell Stereo-seq reveals induced progenitor cells involved in axolotl brain regeneration 便向(xiang)我们介(jie)紹(shao)了蝾螈脑再生时空图谱。

論(lun)文(wen)地(di)址(zhi)：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abp9444

而(er)要(yao)研究大脑再生，就(jiu)一定(ding)要找(zhao)一种合適(shi)的模(mo)型(xing)来进行(xing)研究。

最(zui)後(hou)，研究团队選(xuan)擇(ze)的就是全球唯一能再生大脑的生物——墨(mo)西(xi)哥(ge)鈍(dun)口(kou)螈。

它(ta)是蝾螈的一种，也(ye)被稱(cheng)作(zuo)「六(liu)角(jiao)恐(kong)龍(long)」，除(chu)了能够再生四肢、尾巴、眼(yan)睛(jing)、皮(pi)膚(fu)以(yi)及(ji)肝(gan)脏等(deng)器(qi)官(guan)之(zhi)外，大脑也可以再生。

蝾螈端(duan)脑的发育(yu)與(yu)再生

这不正(zheng)好(hao)能被科学家们拿(na)来作为重要的模式(shi)生物来研究再生的相(xiang)關(guan)難(nan)題(ti)嘛(ma)。

这裏(li)就不得(de)不提到本(ben)次(ci)研究的关鍵(jian)技(ji)術(shu)——时空組(zu)学技术（Stereo-seq）了。

有了这項(xiang)技术，科学家就可以在(zai)蝾螈脑发育的6个重要时期(qi)，拍(pai)攝(she)能够看(kan)清(qing)细胞分(fen)子变化狀(zhuang)态的照(zhao)片(pian)，構(gou)成了蝾螈的脑发育时空图谱。

脑再生需(xu)要以时间和(he)區(qu)域(yu)特(te)定的方(fang)式協(xie)調(tiao)復(fu)雜(za)的反(fan)應(ying)。確(que)定參(can)与这一過(guo)程(cheng)的细胞类型和分子將(jiang)促(cu)进科学家對(dui)大脑再生的理(li)解(jie)。

然(ran)而，由(you)于哺(bu)乳(ru)動(dong)物大脑的再生能力有限(xian)，以及在细胞和分子水(shui)平(ping)上对再生过程的機(ji)制(zhi)了解不全面，这一领域的进展(zhan)受(shou)到阻(zu)礙(ai)。而上面提到的墨西哥钝口螈可以再生受损的附(fu)屬(shu)器官和多个內(nei)部(bu)器官，包(bao)括(kuo)大脑。

因(yin)此，这种螈就成为了科学家研究大脑再生的理想模型。

而想要了解大脑再生的机制，科学家還(hai)需要能够实现大規(gui)模數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)和分析(xi)的研究工(gong)具(ju)，以同(tong)时解碼(ma)复杂的细胞和分子反应。

首先(xian)，科学家認(ren)为，如果在研究中对大脑再生和发育过程进行比(bi)較(jiao)，會(hui)有助(zhu)于对大脑再生的性(xing)質(zhi)提供(gong)全新的理解。

因此，研究团队切(qie)除了軸(zhou)突(tu)动物左(zuo)端脑側(ce)腭(e)区的一小(xiao)部分，並(bing)收(shou)集了再生过程中多个階(jie)段(duan)的组織(zhi)樣(yang)本。然后收集了轴突动物端脑在多个发育阶段的组织样本。

接(jie)着，研究人員(yuan)使(shi)用高(gao)清晰(xi)度(du)和大視(shi)野(ye)的Stereo-seq技术，從(cong)覆(fu)蓋(gai)轴尾蜥端脑兩(liang)个半(ban)球的切片中產(chan)生單(dan)细胞分辨(bian)率(lv)的空间轉(zhuan)錄(lu)组学数据。对细胞类型註(zhu)釋(shi)、细胞空间组织、基(ji)因活(huo)动动态和细胞状态转換(huan)进行了分析，并与发育过程中的这些(xie)细胞属性相比，对损伤誘(you)导再生进行了机理研究。

通(tong)过使用Stereo-seq，科学家生成了一组端脑切片的空间转录组数据，涵(han)盖了蝾螈的六个发育阶段和七(qi)个损伤诱导再生阶段。

单细胞分辨率的数据使研究人员能够确定发育过程中存(cun)在的33种细胞类型和参与再生的28种细胞类型，包括不同类型的興(xing)奮(fen)性和抑(yi)制性神经元，以及幾(ji)种外胚(pei)層(ceng)细胞亞(ya)型。

在发育方面，数据揭示了一种原(yuan)始(shi)类型的上皮细胞，可能会产生三(san)个亚群(qun)的成年(nian)上皮细胞，它们分布在脑室(shi)区的不同区域，具有不同的分子特征(zheng)和潜在的功(gong)能。

在再生方面，研究团队发现了一个上皮细胞亚群，可能起(qi)源(yuan)于被损伤激(ji)活的本地常(chang)駐(zhu)上皮细胞。然后，这部分细胞可能会增(zeng)殖(zhi)以覆盖伤口区域，随后通过向中间祖(zu)细胞、不成熟(shu)的神经元和最終(zhong)成熟的神经元的状态转变来補(bu)充(chong)失(shi)去(qu)的神经元。

當(dang)比较轴突动物端脑在发育和再生之间的细胞和分子动态时，科学家发现损伤诱导的上皮细胞在其(qi)转录组状态方面与发育期特異(yi)性上皮细胞相似(si)。

同时，研究团队还觀(guan)察(cha)到，轴突动物端脑的再生在分子級(ji)聯(lian)和潜在的细胞系(xi)转换方面表(biao)现出(chu)与发育中类似的神经发生模式，这表明(ming)大脑再生部分地再现了发育过程。

空间转录组数据突出了轴突动物端脑在发育和损伤引(yin)起的再生过程中的细胞和分子特征。对上皮细胞的激活和功能调控(kong)的进一步(bu)表征可能产生对改善(shan)哺乳动物大脑再生能力的見(jian)解。

研究团队对四足动物端脑的单细胞空间转录组的研究，为发育、再生和进化脑生物学的进一步研究提供了有用的数据。

脑再生成为现实？

要知(zhi)道，人类大脑有860億(yi)个神经元，它们之间相互(hu)連(lian)接。

论文联合通訊(xun)作者(zhe)、BGI-Research副(fu)主任Yin Gu博(bo)士(shi)表示，

利用蝾螈作为模型生物，我们已经确定了大脑再生过程中的关键细胞类型。这一发现将为哺乳动物神经系統(tong)的再生醫(yi)学提供新的思(si)路(lu)和指(zhi)导。

因此，中樞(shu)神经系统再生医学的一个主要目標(biao)不仅是重建神经元的空间結(jie)构，而且(qie)重建其组织内连接的特定模式。

在未(wei)来的研究中，重建大脑的3D结构，了解大脑各(ge)区域在再生过程中的系统性反应是很(hen)重要的。

長(chang)久(jiu)以来，科学家们一直(zhi)夢(meng)想通过繪(hui)制完整(zheng)的大脑神经網(wang)絡(luo)的结构，以了解神经系统是如何工作的。

就比如谷(gu)歌(ge)在2019年便首次重建了果蠅(ying)大脑神经元的3D模型，緊(jin)接着第(di)二(er)年公(gong)布了果蝇「半脑」连接组。

如今(jin)，他(ta)们已经发布了关于人脑成像(xiang)数据集。

通过这个数据集，人们便可以看到1.3亿个突觸(chu)，数萬(wan)个神经元的样本，能够幫(bang)助人们理解大脑的3D结构。

除了蝾螈，科学家们利用时空组学技术已经首次绘制了小鼠(shu)、斑马鱼、果蝇、擬(ni)南(nan)芥(jie)4种模式生物胚胎(tai)发育或器官的时空图谱。

目前，研究成果已在Cell及其子刊(kan)Developmental Cell发表。

对于脑再生这项研究，网友(you)们对此未来的发展持(chi)有樂(le)观的态度。

参考(kao)資(zi)料(liao)：

https://www.zhihu.com/question/551330916

https://mp.weixin.qq.com/s/2nc81ul7Q1oCJUGbHPnqOg返(fan)回(hui)搜(sou)狐(hu)，查(zha)看更(geng)多

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