7月12日，《細胞》（Cell）在線發(fā)表了題為Single-cell spatial transcriptome reveals cell-type organization in macaque cortex的研究論文。該研究由中國科學院腦科學與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心與華大生命科學研究院、臨港實驗室、上海腦科學與類腦研究中心、騰訊AI Lab、深圳國家基因庫、瑞典皇家理工學院、卡羅林斯卡醫(yī)學院等合作完成。該研究利用我國自主研發(fā)的超高精度大視場空間轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)Stereo-seq和高通量單細胞核轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)DNBelab?C4 snRNA-seq，成功繪制了獼猴大腦皮層的細胞類型分類樹，并揭示了細胞類型組成和靈長類腦區(qū)層級結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，為進一步研究各類神經(jīng)元之間的連接奠定了分子細胞基礎。?

靈長類大腦神經(jīng)細胞數(shù)量巨大。它們相互連接形成了復雜而精細、支撐高級認知和行為的特定神經(jīng)環(huán)路。這些細胞和環(huán)路的異常導致多種腦疾病。大腦由哪些細胞組成以及這些細胞的空間分布規(guī)律，是腦科學的基本問題。與其他物種相比，靈長類動物具有更高的認知和社會能力，同時具有更大的皮層和更多細胞類型。例如，與人類最接近的模式動物-獼猴，其大腦包含超過60億個神經(jīng)元。研究根據(jù)它們的分子、形態(tài)或生理特征及其空間分布規(guī)律，可將其分為數(shù)百種細胞類型，分布在數(shù)百個不同的腦區(qū)中。解析皮層中細胞亞型的組成及其空間分布規(guī)律，對于闡明靈長類大腦的組織規(guī)律至關(guān)重要。

該研究采用了新開發(fā)的大視野空間轉(zhuǎn)錄組Stereo-seq方法，并結(jié)合任務需要，自主開發(fā)了制備獼猴大腦厘米尺度薄切片的方法。結(jié)合大規(guī)模的單細胞轉(zhuǎn)錄組分析，攻關(guān)團隊獲得了食蟹猴全皮層的三維單細胞空間分布圖譜，為系統(tǒng)分析細胞類型在皮層內(nèi)各層面特異和區(qū)域特異的分布以及基因表達特征，提供了目前最完整的靈長類大腦數(shù)據(jù)（圖1）。

研究發(fā)現(xiàn)，大量興奮性神經(jīng)元、抑制性神經(jīng)元以及非神經(jīng)元細胞在大腦皮層中的分布，呈現(xiàn)明顯的各層面及各腦區(qū)的特異性。視覺和軀體感覺系統(tǒng)的細胞類型組成與腦區(qū)層級組織之間存在顯著的相關(guān)性，處于相同層級的腦區(qū)往往具有類似的細胞類型組成，這揭示了細胞組成和腦區(qū)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系（圖2）。此外，攻關(guān)團隊通過與公開發(fā)表的人腦和鼠腦的單細胞數(shù)據(jù)進行跨物種比較發(fā)現(xiàn)，靈長類特有的分布于第四層的興奮性神經(jīng)元細胞，且這些細胞高度表達與人類疾病相關(guān)的基因如FOXP2、DCC和EPHA3等。?

該研究產(chǎn)生了較為完整的世界首套獼猴全腦皮層的單細胞以及空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，為后續(xù)的相關(guān)研究提供了重要的數(shù)據(jù)資源庫，現(xiàn)已實現(xiàn)公開共享（https://macaque.digital-brain.cn/spatial-omics，圖3）。?

在攻關(guān)過程中，該團隊跨越多個單位、多個領域，依托中國自主研發(fā)的核心技術(shù)和大平臺，以有組織的科研攻關(guān)模式開展，目標明確、任務導向、互補分工、團結(jié)奮斗。未來，該團隊將繼續(xù)在腦疾病機制與靶點研發(fā)、腦細胞與腦結(jié)構(gòu)演化、腦功能的細胞分子機制等領域繼續(xù)團隊攻關(guān)。?

研究工作得到科技部科技創(chuàng)新2030-重大項目“腦科學與類腦研究”、上海市級重大專項“全腦神經(jīng)聯(lián)接圖譜與克隆猴模型計劃”、中國科學院、國家自然科學基金委員會、深圳市、臨港實驗室等的支持。?

圖1. 總體實驗設計。研究利用Stereo-seq技術(shù)采集了3只獼猴左半腦的161張厚度為10微米切片的空間轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)；利用顯微切割結(jié)合單細胞核轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)了獲得了百萬級別的獼猴大腦皮層單細胞核轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)；通過單細胞核轉(zhuǎn)錄組和空間轉(zhuǎn)錄組整合分析，繪制了食蟹猴大腦全皮層的三維單細胞空間分布圖譜。?

圖2. 獼猴大腦皮層細胞類型空間分布圖譜。(A)?數(shù)百種細胞類型在獼猴大腦不同位置（上）以及5張典型代表性切片（下）上的空間分布；（B）多種細胞類型呈現(xiàn)各層面的分布特異性；（C）五種細胞類型及其特征基因的空間分布和表達模式。?

圖3. 獼猴大腦皮層細胞類型及基因表達數(shù)據(jù)庫。