ResearchHighlight
Published:19October
人类大脑受到损伤时，往往发生不可逆的伤害，导致功能丧失。脑损伤的临床治疗手段贫乏，预后差。但是，同为脊椎动物的蝾螈Axolotl和Newt却有着令我们艳羡的大脑再生能力。近日，国内外多个实验室在Science上发表了3篇关于蝾螈大脑发育和再生的研究，加深了对脊椎动物的大脑形成和损伤修复的理解，为最终激活哺乳动物脑再生研究提供了思路。
Axolotl（Ambystomamexicanum）和Newt（Pleurodeleswaltl）
对此，来自脊柱和脊髓损伤修复与再生教育部重点实验室（同济大学）林古法研究员和华中农业大学动物科学技术学院王恒教授在CellRegeneration上发表了题为“High-resolutionsingle-cellanalysispavesthecellularpathforbrainregenerationinsalamanders”的研究亮点文章，进一步介绍和讨论了这一系列研究成果。
这三篇关于蝾螈的脑发育与再生的研究，利用了单细胞转录组测序结合一系列发育生物学和细胞生物学技术，探明了蝾螈大脑发育和再生过程中的细胞类型，细胞增殖、迁移和分化的特征等。首先，这三篇论文均从进化的角度，对蝾螈与其他四足动物端脑的细胞类型进行了比较。通过单细胞组学建立的细胞图谱比较分析，这些研究不约而同地指出，蝾螈的大脑结构和爬行动物、哺乳动物有着非常多的相似之处。同时，蝾螈的大脑的复杂程度（存在着上百种不同的神经元）并没有因为其结构相对简单而降低，哺乳动物中嗅觉-视网膜-海马回路也能在蝾螈的大脑中找到对应的区域。其次，研究者们对蝾螈端脑的发育与再生的细胞与分子机制进行了比较，对蝾螈端脑发育与再生到底有多相似进行了分析。通常人们认为，器官再生时采用了与发育过程中相同的机制(NacuandTanaka,,AnnuRevCellDevBiol)，而这些研究则从单细胞的高分辨水平对此进行了佐证。
科研人员证实了前期的一些研究结果(JovenandSimon,,ProgressinNeurobiology)，即室管膜胶质细胞EpendymoglialCells,EGCs在蝾螈大脑再生中发挥了类似于神经干细胞的功能。这些研究则构建了高分辨率的EGC分化到成熟神经细胞的细胞图谱（下图）。发育过程中的EGCs产生神经母细胞，并进一步产生未成熟和成熟的神经元类型（下图A）。而再生过程中的神经生成与发育过程极为相似（下图B）。在对蝾螈端脑进行切除损伤后，有一群EGCs会被迅速激活，然后它们大量增殖并迁移到伤口处。同时通过细胞外基质重塑，最后向中间态和成熟的神经元转变，覆盖在损伤的边缘直至将伤口完全覆盖，并产生全新的有功能神经细胞替代丢失的组织。再生EGCs和发育EGCs表现出转录组的相似性，暗示发育和再生过程利用了相同的调控通路。这些损伤诱导的EGCs在大脑再生过程中的具体作用，在将来可以通过谱系追踪结合细胞功能实验等方法来具体阐明。
蝾螈脑发育和再生过程中室管膜胶质细胞、神经元祖细胞和神经元的动态变化
这些研究的共同特点是通过先进的单细胞组学技术并结合细胞标记及追踪工具来捕捉蝾螈大脑发育和再生过程中的细胞多样性和动态变化，进一步揭示了脊椎动物大脑再生的秘密。对蝾螈大脑发育和再生的研究可以为人类神经退行性疾病的基因和细胞疗法提供独特的见解。作为新兴的模式生物，蝾螈具有独特的吸引力：它大部分器官都保存着超强的再生能力，在未来值得更多科研工作者对其研究并解开其再生的秘密。
值得一提的是，Stereo-seq是我国自主研发的目前最先进的时空组学立体测序技术，并且已成功在小鼠、斑马鱼、果蝇、拟南芥等模式生物中绘制了器官发育图谱，而利用Stereo-seq在蝾螈的脑再生过程中对细胞空间分布的探索，印证了该技术在再生医学研究领域的应用前景。
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原标题：《CellRegenl研究亮点：高分辨率单细胞分析揭示蝾螈脑再生的细胞机制》