《Science》封面：华大基因领导构建了世界上第一张大脑再生的时空地图

　　

由华大基因研究院领导的多所研究团队使用华大基因Stereo-seq技术，构建了世界上第一个蝾螈(Ambystoma mexicanum)大脑发育和再生的时空细胞图谱，揭示了脑损伤如何自我愈合。这项研究发表在最新一期的《Science》杂志的封面故事上。

研究团队分析了蝾螈大脑的发育和再生过程，确定了蝾螈大脑再生过程中的关键神经干细胞亚群，并描述了这些干细胞亚群对受损神经元的重建。同时，研究团队还发现大脑再生与发育具有一定的相似性，为认知脑结构和发育提供了辅助，为神经系统的再生医学研究和治疗提供了新的方向。

与哺乳动物相比，一些脊椎动物有再生多个器官的能力，包括部分中枢神经系统。其中，蝾螈不仅能再生四肢、尾巴、眼睛、皮肤、肝脏等器官，还能再生大脑。与其他硬骨动物(如斑马鱼)相比，蝾螈在进化上更先进，与哺乳动物的大脑结构有更高的相似性。因此，本研究将蝾螈作为研究脑再生的理想模式生物。

以前的研究只是部分地确定了哪些细胞和通路参与了大脑再生。在本研究中，研究人员利用华大基因的Stereo-seq技术绘制了蝾螈大脑六个重要发育时期的单细胞分辨率时空分布图，显示了各种神经元的分子特征和空间分布的动态变化。研究人员发现，发育早期位于脑室区区域的神经干细胞亚型难以区分，但从青春期开始就开始具有空间区域特征的专业化。这一发现表明，不同的亚型在再生过程中可能承担不同的功能。

通过在蝾螈大脑皮层区域受伤后的7个时间点(2、5、10、15、20、30和60天)对大脑进行采样，研究人员能够分析细胞再生。损伤早期，损伤区开始出现新的神经干细胞亚型，第15天损伤区出现部分组织连接。在第20天和第30天，研究人员观察到伤口已经充满了新的组织，但细胞组成与未受伤的区域明显不同。到第60天，细胞类型和分布恢复到与非损伤区相同的状态。

通过比较蝾螈大脑发育和再生过程中的分子变化，研究人员发现，发育和再生过程中神经元的形成过程高度相似。这提示脑损伤可能诱导神经干细胞反向转化为早期发育状态，启动再生过程。

“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统的再生医学提供新的思路和指导，”该论文的联合通讯作者、BGI-Research副主任Yin Gu博士解释说。“大脑是一个复杂的器官，神经元相互连接。因此，中枢神经系统再生医学的一个主要目标不仅是重建神经元的空间结构，而且重建其组织内连接的特定模式。因此，在未来的研究中，重建大脑的3D结构，了解大脑各区域在再生过程中的系统性反应是很重要的。”

除华大基因外，来自中国、美国和丹麦的研究人员，包括广东省人民医院、华南师范大学、武汉大学、中国科学院大学生命科学学院、深圳湾实验室、怀特黑德研究所、哥本哈根大学等机构的研究人员参与了该研究，该研究获得了伦理批准，使用了实验室培育的蝾螈。

Single-cell Stereo-seq reveals induced progenitor cells involved in axolotl brain regeneration

短短半年时间，华大基因在时空组学和单细胞技术方面的研究成果已连续四次在《细胞》、《自然》、《科学》三大学术期刊发表。

 

关于BGI集团

华大基因集团是世界领先的生物技术组织之一，是生命科学领域的先驱，业务覆盖100多个国家和地区的研究、生产和应用。华大基因集团的工作包括突破性的科学发现、微生物学和生物多样性的创新研究、追踪病毒和疾病的诊断检测服务、开发下一代大规模基因测序技术以及新型空间组学技术Stereo-seq。在2022年自然指数中，华大基因在生命科学领域的高质量科研论文排名亚太地区第一、全球第八。