深圳子科生物報(bào)道：成年人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)由1700億個(gè)細(xì)胞組成，其中一半是神經(jīng)元，其余的則包括少突膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞。一直以來(lái)，人們都嘗試了解這些細(xì)胞之間的異質(zhì)性。究竟是哪些基因的表達(dá)讓這些細(xì)胞彼此不同？

于是，人們分離這些細(xì)胞，并測(cè)定分子圖譜。通過(guò)測(cè)序每個(gè)細(xì)胞中的RNA，研究人員能夠確定特定組織有哪些基因“開(kāi)啟”。不過(guò)，這種單細(xì)胞分離技術(shù)很難應(yīng)用在人類大腦中嬌嫩的神經(jīng)元上，同時(shí)也具有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的局限性。

為此，美國(guó)加州大學(xué)舊金山分校的研究人員對(duì)完整的組織樣本進(jìn)行分析。他們發(fā)現(xiàn)，通過(guò)采集腦組織樣本，大量提取RNA并尋找基因表達(dá)的特征模式，可以確定細(xì)胞身份。這項(xiàng)研究成果發(fā)表在《Nature Neuroscience》雜志上。

研究路線（圖片來(lái)自原文）

在這項(xiàng)研究中，研究人員匯集過(guò)去多項(xiàng)研究的數(shù)據(jù)，對(duì)840名成年人捐獻(xiàn)的7,221個(gè)組織樣本進(jìn)行分析。他們假設(shè)，如果每種類型的細(xì)胞都有著基因表達(dá)的特征模式，那么這些特征將在多個(gè)組織樣本中一致地出現(xiàn)。換句話說(shuō)，細(xì)胞的特定搭配使得整體的基因表達(dá)可以預(yù)測(cè)。

研究人員利用已發(fā)表的數(shù)據(jù)集和細(xì)胞身份標(biāo)志物，揭示了中樞神經(jīng)系統(tǒng)中各類細(xì)胞的核心轉(zhuǎn)錄特征，包括神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞等。與FACS和單細(xì)胞分選等方法相比，這種方法能避免組織解離或cDNA預(yù)擴(kuò)增引起的技術(shù)差異，也能避免捕獲細(xì)胞或細(xì)胞核時(shí)的采樣偏倚。

根據(jù)細(xì)胞組成的變化，研究人員對(duì)完整組織樣本的轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行建模。他們能確定疾病、大腦區(qū)域和物種之間的轉(zhuǎn)錄差異。這項(xiàng)新技術(shù)有望幫助研究人員預(yù)測(cè)哪些細(xì)胞或哪個(gè)區(qū)域是特定疾病的主要目標(biāo)。

他們已經(jīng)利用該技術(shù)對(duì)增加阿爾茨海默病風(fēng)險(xiǎn)的基因進(jìn)行建模。他們發(fā)現(xiàn)，與早發(fā)性阿爾茨海默病有關(guān)的兩個(gè)基因APP和PSEN1分別由神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)。相比之下，與晚發(fā)性阿爾茨海默病有關(guān)的兩個(gè)基因APOE和TREM2，主要由星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)。這些發(fā)現(xiàn)暗示了特定細(xì)胞類型的轉(zhuǎn)錄變化引起了疾病的不同表現(xiàn)。

研究人員還鑒定了主要細(xì)胞在大腦區(qū)域中的轉(zhuǎn)錄差異。利用多個(gè)數(shù)據(jù)集，他們計(jì)算了每個(gè)區(qū)域的表達(dá)保真度。對(duì)于神經(jīng)元而言，表達(dá)保真度的區(qū)域差異最大。相反，少突膠質(zhì)細(xì)胞在各個(gè)區(qū)域的表達(dá)保真度極為相似。小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞則居于兩者之間。

此外，他們還鑒定了各個(gè)物種之間的主要細(xì)胞轉(zhuǎn)錄差異。他們分析了1,346個(gè)小鼠腦轉(zhuǎn)錄組，以確定各種細(xì)胞的基因組表達(dá)保真度。對(duì)于每種細(xì)胞，他們發(fā)現(xiàn)人和小鼠的表達(dá)保真度明顯相關(guān)，其中神經(jīng)元有著最大的相似性。這些結(jié)果表明與膠質(zhì)細(xì)胞相比，神經(jīng)元在進(jìn)化上受到更大的約束。在AAV構(gòu)建過(guò)程中，他們選擇了賽業(yè)生物（Cyagen Biosciences）的服務(wù)。

目前，研究人員已經(jīng)在網(wǎng)站（http://oldhamlab.ctec.ucsf.edu/）上公布了研究數(shù)據(jù)。這些資源將幫助科學(xué)家輕松確定大腦中的不同細(xì)胞表達(dá)哪些基因，以及這些細(xì)胞通常在哪個(gè)位置。

原文檢索

Variation among intact tissue samples reveals the core transcriptional features of human CNS cell classes

Nature Neuroscience 21, 1171–1184 (2018)