室管膜膠質細胞亞群參與蠑螈大腦再生

大腦再生需要以時間和區(qū)域特定的方式協(xié)調復雜的反應。確定參與這一過程的細胞類型和分子將促進我們對大腦再生的理解，并為再生醫(yī)學研究提供潛在的靶標。然而，由于哺乳動物大腦的再生能力有限，以及在細胞和分子水平上對再生過程的機制了解不全面，這一領域的進展受到阻礙。墨西哥蠑螈（axolotl, 學名Ambystoma mexicanum）可以再生受損的附屬物和多個內部器官，包括大腦。因此，墨西哥蠑螈可以作為研究大腦再生的模型。

如果科學家們要了解大腦再生的機制，他們需要能夠實現(xiàn)大規(guī)模數(shù)據(jù)采集和分析的研究工具，以同時解碼復雜的細胞和分子反應。在他們看來，對大腦再生和發(fā)育過程進行比較，也有助于對大腦再生的性質提供新的見解。

在一項新的研究中，來自中國華大基因、廣東省醫(yī)學科學院、武漢大學、華南師范大學和中國科學院大學等研究機構的研究人員切除了墨西哥蠑螈左端腦外側大腦皮層區(qū)的一小部分，并收集了再生過程中多個階段的組織樣本。與此同時，他們收集了墨西哥蠑螈端腦在多個發(fā)育階段的組織樣本。然后，他們使用高清晰度和大視野的Stereo-seq（spatial enhanced resolution omics sequencing, 空間增強分辨率組學測序）技術，從覆蓋墨西哥蠑螈端腦兩個半球的切片中產(chǎn)生單細胞分辨率的空間轉錄組學數(shù)據(jù)。對細胞類型注釋、細胞空間分布、基因活性動態(tài)和細胞狀態(tài)轉換進行了分析，與發(fā)育過程中的這些細胞屬性相比，對損傷誘導再生進行了機理研究。

通過使用Stereo-seq，這些作者產(chǎn)生了涵蓋六個發(fā)育階段和七個損傷誘導再生階段的端腦切片的一組空間轉錄組數(shù)據(jù)。這些單細胞分辨率的數(shù)據(jù)使得他們能夠確定發(fā)育過程中存在的33種細胞類型和參與再生的28種細胞類型，包括不同類型的興奮性神經(jīng)元和抑制性神經(jīng)元，以及幾種室管膜膠質細胞（ependymoglia cell）亞型。

在發(fā)育方面，他們的數(shù)據(jù)揭示了一種原始類型的室管膜膠質細胞可能會產(chǎn)生三個成體室管膜膠質細胞亞群，這些不同的亞群分布在腦室區(qū)的不同區(qū)域，具有不同的分子特征和潛在的功能。

在再生方面，他們發(fā)現(xiàn)了一個室管膜膠質細胞亞群，該亞群可能起源于被損傷激活的局部常駐室管膜膠質細胞。然后，這一祖細胞群體可能會增殖以覆蓋傷口區(qū)域，隨后通過向中間祖細胞、不成熟的神經(jīng)元和成熟的神經(jīng)元的狀態(tài)轉變來補充失去的神經(jīng)元。

當比較墨西哥蠑螈端腦在發(fā)育和再生之間的細胞和分子動態(tài)時，他們發(fā)現(xiàn)損傷誘導的室管膜膠質細胞在其轉錄組狀態(tài)方面與發(fā)育特異性的室管膜膠質細胞相似。他們還觀察到墨西哥蠑螈端腦的再生在分子級聯(lián)反應和潛在的細胞譜系轉換方面表現(xiàn)出與發(fā)育期間類似的神經(jīng)發(fā)生模式，這表明大腦再生部分地再現(xiàn)了發(fā)育過程。

綜上所述，這些空間轉錄組數(shù)據(jù)突出了墨西哥蠑螈端腦在發(fā)育期間和在損傷引起的再生過程中的細胞和分子特征。對室管膜膠質細胞的激活和功能調控的進一步表征可能產(chǎn)生對改善哺乳動物大腦再生能力的見解。這些作者獲得的墨西哥蠑螈---一種四足脊椎動物---端腦的單細胞空間轉錄組也為進一步研究發(fā)育、再生和進化的腦生物學提供了有用的數(shù)據(jù)。