光有頭骨化石能判斷恐龍體重嗎（探究六角恐龍腦再生之秘）

2023-09-22 01:47:18 2

讀創/深圳商報首席記者 袁斯茹

大腦受傷了可以自行恢復嗎？9月2日，華大生命科學研究院主導完成的首個蠑螈腦再生時空圖譜，以背靠背封面文章的形式發表於國際頂級學術期刊《科學》（Science），這也是全球首個腦再生時空圖譜。

△此次國際上共有四項與蠑螈相關的研究登上《科學》封面，故為背靠背封面

據悉，近半年內，華大的時空組學與單細胞技術相關成果，已連續四次在《細胞》《自然》和《科學》三大頂級期刊發表。

「六角恐龍」的再生秘密

壁虎的尾巴可以再生，而來自墨西哥的「六角恐龍」，不僅能再生四肢、尾巴、眼睛、皮膚以及肝臟等器官，甚至還可以再生大腦。

△墨西哥鈍口螈

據悉，本次研究的「主角」學名叫墨西哥鈍口螈，是蠑螈的一種，其外形獨特，頭部有六隻角，也被叫做六角恐龍。因它的強大再生能力，也被科學家們作為重要的模式生物，來研究再生相關難題。

「除了強大的再生能力外，蠑螈在進化上相較於其他硬骨魚類更高等，與哺乳動物腦結構具有更高的相似度。同時，它的基因編碼序列與人類極其相似，研究蠑螈腦再生的啟動機制，發現其中的關鍵基因，或將為人類神經系統損傷或退行性疾病的修復提供重要指導。」論文的共同通訊作者、杭州華大生命科學研究院顧穎博士表示。

本研究中，華大等單位組成的研究團隊首先構建了覆蓋6個發育重要時期的蠑螈腦發育時空圖譜，展示了各類神經元的分子特徵以及空間分布動態變化，並發現蠑螈腦從青少年時期就開始特化出具有空間區域特徵的神經幹細胞亞型。

為了研究蠑螈腦損傷後的再生過程，研究團隊對蠑螈腦的皮層區域進行機械損傷手術，並對再生的7個時間點，即損傷後的第2、5、10、15、20、30及60天的大腦樣本進行分析。

時空數據結果顯示，傷口區域在損傷早期就出現了新的神經幹細胞亞群。這群重要細胞是由損傷區域附近的其他神經幹細胞亞群，受到損傷刺激後轉化而來，並在後續的再生過程中新生出神經元，以填補損傷部位的神經元缺失。

此外，雖然傷口處在早期便開始逐步被新生組織填充，但直到損傷後第60天，時空圖譜上才觀測到損傷區域的細胞類型及空間分布恢復到未損傷側的狀態。

通過對比蠑螈腦發育和再生過程的神經元形成過程，科研人員發現這一過程在再生與發育過程中高度相似，提示腦損傷可能誘導了蠑螈神經幹細胞逆向轉化，回到發育時期的年輕化狀態，以啟動再生過程。

「本研究主要基於華大自主研發的時空組學技術Stereo-seq進行，其達到了納米級亞細胞解析度，結合蠑螈細胞體積大的優勢，使得研究人員可以在時空單細胞解析度上解析蠑螈腦再生這一過程的重要細胞類型，並追蹤其細胞譜系變化的空間軌跡。」論文的第一作者、杭州華大生命科學研究院魏小雨博士介紹說。

為生物拍照，有「超廣角百億像素照相機」

如果將人體看作一個小星球，要給上面的37萬億個細胞拍一張全景照，需要多大像素的「相機」？

「如果將人體比作地球，之前的技術或許能了解上面有哪些生物，而時空組學技術則可以讓我們看到每個生物分布在哪個國家、地區和城市，還能看到它們在做什麼，怎麼和其他物種交流，甚至，看到他們的過去和未來，可謂『超廣角百億像素生命照相機』。」論文共同通訊作者、華大研究院院長徐訊此前表示。

△蠑螈腦再生時空圖譜（圖片來源於Science）

據悉，華大這項時空組學技術，於今年5月以封面文章的形式，發表於《細胞》雜誌封面。

「蠑螈腦發育及再生時空細胞圖譜的構建，對於我們理解腦再生這一重要的生命過程、兩棲類動物腦結構以及大腦結構的演化具有重要意義，為我們尋找有效的臨床治療方法，促進人類組織器官自我修復與再生提供了新的方向，也為物種進化研究提供了寶貴的數據資源。」徐訊表示。

據悉，未來華大還將通過時空多組學技術去探究更多器官、更多物種的發育和再生過程，找到再生過程中的關鍵調控機制，助力人類再生醫學的發展。

（華大供圖）

審讀：孫世建