美国麻省理工学院怀特黑德研究所团队在最新一期《科学》发表研究，以体长约1厘米的透明小丹鱼属Danionella cerebrum为模型，绘制出首张成年脊椎动物全细胞转录组图谱。研究累计分析超过60万个来自脑、脊髓、眼、内脏、鳍及头躯干的细胞，为理解脊椎动物如何以细胞为单位协同运作提供了全新的分子底图，也为研究脊椎动物大脑开辟了新的可能性。
这类全身细胞图谱过去很难完成绘制，难点主要卡在体量上。成年脊椎动物太大，细胞种类又极庞杂，全面测序既昂贵又技术繁重。这种小鱼的优势恰好补上这个缺口，其身体近乎透明、结构紧凑，与斑马鱼亲缘较近，可借用成熟遗传工具。团队此次用单细胞RNA测序读取每个细胞的基因活动快照，再结合空间定位方法把细胞类型还原回原有组织位置，连极稀有的细胞群也被纳入图谱。
图谱带来的第一个发现，是神经系统的组织逻辑。同一脑区的神经元，即便释放不同的化学信号分子，其基因活动模式往往比“分布在不同脑区但用同一种信号”的神经元更相近。这说明脊椎动物神经系统可能更按出生地和发育身份来分区，而非单纯按功能信号分类。类似规律在哺乳动物中也出现过，提示它可能是较普适的原则。
第二个发现是位置记忆。成纤维细胞这类结缔组织细胞，在成年阶段仍保留着发育早期用于标定身体前后、上下位置的基因程序：胸鳍与腹鳍的细胞，分别维持着近似前肢、后肢发育的基因活动。它们具体如何参与日常维持或损伤修复还不确定，但这类分子坐标可能正是组织成长基础。
团队进一步把图谱用于观察再生。大脑端脑受损后，缺失的神经元可以重新长出，图谱记录下从伤口与免疫响应、神经干细胞激活，到新神经元生成与成熟的连续过程，相当于给再生按下了逐帧回放。
成果相关数据集已通过交互平台公开。团队表示，从完整基因清单到全细胞转录组，生物学研究正从以前的读取“说明书”，走向了看清每个“零件”如何运行，而这份小鱼全身单细胞图谱，可能是转折点的第一张样张。
【总编辑圈点】
多领域科研人员都需要一张成年脊椎动物的“全身细胞地图”，它能让每个细胞被识别为具体类型，还能对应到所在组织、发育来源等。以神经科学为例，人们可以不再只按化学信号给神经元分类，还能同时考虑脑区；对再生研究来说，它又能提供正常状态的全面参照，使脑损伤后的神经元过程能够被连续追踪；而在数据公开后，这张图谱还可作为公共平台，用于跨物种比较和药物反应研究。可以说，它把脊椎动物研究推进到了细胞协作分析的层面，搭建了未来计算生物学的基座。
贵公网安备52011302005168号