近日，郑州大学河南省医药科学研究院、华大基因学院在脑再生时空图谱方面取得突破性进展。学院2020级硕士研究生杨蕴智作为共同第一作者、2019级硕士研究生姜宇佳作为共同作者在国际著名学术期刊Science上发表了题为Single-cell Stereo-seq reveals induced progenitor cells involved in axolotl brain regeneration的学术论文，并作为封面文章。郑州大学河南省医药科学研究院和华大基因学院为共同第一作者单位。
至此，学院以共通讯或共一作身份在Cell(《细胞》）、Nature(《自然》）和Science（《科学》）等国际著名期刊发表学术文章。该项研究基于华大基因空间增强分辨率组学测序技术(Stereo-seq)，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，这也是全球首个脑再生时空图谱，揭示了脑损伤如何自我愈合。研究中使用的墨西哥钝口螈，可以再生受损的附属物和多个内部器官，包括大脑，因此被科学家们作为重要的模式生物来研究再生相关难题。两位同学所在研究团队首先构建了涵盖六个发育阶段和七个损伤诱导再生阶段的端脑切片的一组空间转录组数据，确定发育过程中存在的33种细胞类型和参与再生的28种细胞类型，包括不同类型的兴奋性神经元和抑制性神经元，以及几种室管膜胶质细胞（ependymoglia cell）亚型。展示了各类神经元的分子特征以及空间分布动态变化，并发现蝾螈脑从青少年时期就开始特化出具有空间区域特征的神经干细胞亚型。为了研究蝾螈脑损伤后的再生过程，研究团队对蝾螈脑的皮层区域进行机械损伤手术，并在损伤后的第2、5、10、15、20、30及60天，利用时空组学技术Stereo-seq对大脑样本进行“拍照”，得到各个时间点的蝾螈脑再生图集，完整记录了蝾螈大脑从损伤，到再生修复完成的过程。通过对比7个时期再生“照片”和过程中的伤口状态，研究团队发现，伤口区域在损伤早期就出现了新的神经干细胞亚群，这群重要的细胞由损伤区域附近的其他神经干细胞亚群在受到损伤刺激后转化而来，并在后续的再生过程中新生出神经元以填补损伤部位缺失的神经元。此外，虽然伤口处在修复早期便开始逐步被新生组织填充，但直到损伤后第60天，“照片”才显示损伤区域的细胞类型及空间分布恢复到了未损伤侧的状态。同时，研究团队还观察到，墨西哥蝾螈端脑的再生在分子级联反应和潜在的细胞谱系转换方面表现出与发育期间类似的神经发生模式，这表明大脑再生部分地再现了发育过程。通过研究，找到了蝾螈脑再生过程中的关键神经干细胞亚群，描绘了此类干细胞亚群重构损伤神经元的过程，同时还发现脑再生与发育过程具有一定的相似性，为认知脑结构和发育过程提供助力，为神经系统的再生医学研究和治疗提供新的方向。该研究对于理解脑再生这一重要的生命过程、两栖类动物脑结构以及大脑结构的演化具有重要意义，为寻找有效的临床治疗方法，促进人类组织器官自我修复与再生提供了新的方向，也为物种进化研究提供了宝贵的数据资源。研究者将通过时空多组学技术去探究更多器官、更多物种的发育和再生过程，找到再生过程中的关键调控机制，助力人类再生医学的发展。
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2022-10-10
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