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大脑再生需要以时间和区域特定的方式协调复杂的反应。确定参与这一过程的细胞类型和分子将促进我们对大脑再生的理解，并为再生医学研究提供潜在的靶标。然而，由于哺乳动物大脑的再生能力有限，以及在细胞和分子水平上对再生过程的机制了解不全面，这一领域的进展受到阻碍。墨西哥蝾螈（axolotl, 学名Ambystoma mexicanum）可以再生受损的附属物和多个内部器官，包括大脑。因此，墨西哥蝾螈可以作为研究大脑再生的模型。
如果科学家们要了解大脑再生的机制，他们需要能够实现大规模数据采集和分析的研究工具，以同时解码复杂的细胞和分子反应。在他们看来，对大脑再生和发育过程进行比较，也有助于对大脑再生的性质提供新的见解。因此，在一项新的研究中，来自中国华大基因、广东省医学科学院、武汉大学、华南师范大学和中国科学院大学等研究机构的研究人员切除了墨西哥蝾螈左端脑外侧大脑皮层区的一小部分，并收集了再生过程中多个阶段的组织样本。与此同时，他们收集了墨西哥蝾螈端脑在多个发育阶段的组织样本。然后，他们使用高清晰度和大视野的Stereo-seq（spatial enhanced resolution omics sequencing, 空间增强分辨率组学测序）技术，从覆盖墨西哥蝾螈端脑两个半球的切片中产生单细胞分辨率的空间转录组学数据。对细胞类型注释、细胞空间分布、基因活性动态和细胞状态转换进行了分析，与发育过程中的这些细胞属性相比，对损伤诱导再生进行了机理研究。相关研究结果发表在2022年9月2日的Science期刊上，论文标题为“Single-cell Stereo-seq reveals induced progenitor cells involved in axolotl brain regeneration”。
通过使用Stereo-seq，这些作者产生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。这些单细胞分辨率的数据使得他们能够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。在发育方面，他们的数据揭示了一种原始类型的室管膜胶质细胞可能会产生三个成体室管膜胶质细胞亚群，这些不同的亚群分布在脑室区的不同区域，具有不同的分子特征和潜在的功能。在再生方面，他们发现了一个室管膜胶质细胞亚群，该亚群可能起源于被损伤激活的局部常驻室管膜胶质细胞。然后，这一祖细胞群体可能会增殖以覆盖伤口区域，随后通过向中间祖细胞、不成熟的神经元和最终成熟的神经元的状态转变来补充失去的神经元。当比较墨西哥蝾螈端脑在发育和再生之间的细胞和分子动态时，他们发现损伤诱导的室管膜胶质细胞在其转录组状态方面与发育特异性的室管膜胶质细胞相似。他们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。
墨西哥蝾螈端脑的发育和再生。图片来自Science, 2022, doi:10.1126/science.abp9444。
综上所述，这些空间转录组数据突出了墨西哥蝾螈端脑在发育期间和在损伤引起的再生过程中的细胞和分子特征。对室管膜胶质细胞的激活和功能调控的进一步表征可能产生对改善哺乳动物大脑再生能力的见解。这些作者获得的墨西哥蝾螈---一种四足脊椎动物---端脑的单细胞空间转录组也为进一步研究发育、再生和进化的脑生物学提供了有用的数据。所有的数据都可以在一个互动的数据库（https://db.cngb.org/stomics/artista）中获得。（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
Xiaoyu Wei et al. Single-cell Stereo-seq reveals induced progenitor cells involved in axolotl brain regeneration. Science, 2022, doi:10.1126/science.abp9444.
