深圳新聞網2025年3月27日訊（記者 劉夢婷）近日，杭州華大生命科學研究院聯合中國科學院腦科學與智能技術卓越中心、臨港實驗室和騰訊AI實驗室等單位，利用單細胞轉錄組和空間轉錄組技術，構建了具有單細胞分辨率的成年小鼠大腦圖譜，為大腦功能的理解提供了全新視角，相關成果在線發表于Neuron。
Neuron 官網截圖
哺乳動物大腦的復雜性體現在多樣的細胞類型、特定的空間分布，以及復雜的神經連接等方面，這為解析行為背后的神經環路帶來了巨大挑戰。
盡管科學家此前已通過傳統細胞結構特征、單細胞轉錄組技術，以及基于成像或測序的空間組學技術構建了多種小鼠大腦圖譜，但兼具單細胞分辨率和覆蓋全基因組范圍的完整大腦圖譜仍屬空白。本次鼠腦圖譜的發布填補了這一空缺，并基于這兩個優勢取得了一系列重要發現。
不同位置的細胞類型存在顯著差異
通過單細胞分辨率和全基因組覆蓋的轉錄組數據，科研人員成功識別了具有不同空間分布特征的神經元亞型。例如，研究揭示了不同腦干運動核團中不同類型的運動神經元亞型，這一發現為深入解析運動控制的分子機制提供了關鍵線索。同時，研究還發現部分非神經元細胞類型表現出區域富集特征，進一步拓展了對大腦細胞分布及其功能多樣性的認知。
通過轉錄組數據優化腦區劃分
傳統上，大腦區域的邊界是根據細胞結構和功能定義的，忽略了基因的轉錄特性。利用全基因組范圍的空間轉錄組數據，一方面驗證了基于轉錄組特征劃分大腦區域的可行性，另一方面通過空間聚類方法，優化了鼠腦的腦區分割。同時，基因模塊分析揭示了小鼠大腦不同區域的轉錄組特征，這為理解腦區特異性的分子機制提供了重要線索，也為研究其他物種的大腦分區提供了新的方法論支持，有望推動對大腦復雜結構及其功能的深入理解。
鼠腦發育和非編碼RNA數據助力神經發育與疾病研究
此次研究覆蓋從小鼠胚胎期到成年期7個不同時間點的腦部全發育階段數據，揭示了411個具有顯著時空動態變化的轉錄因子，不僅為大腦發育研究提供了全面的時空轉錄組資源，還為神經發育的調控機制提供了新的見解。
非編碼RNA，尤其是長鏈非編碼RNA在哺乳動物大腦的發育、成熟和疾病中發揮著重要作用。作為此次的研究亮點之一，團隊首次整合了長鏈非編碼RNA的空間表達數據，發現長鏈非編碼RNA的表達在成年小鼠大腦中具有區域選擇性，在發育中的小鼠大腦內則呈現出時空動態性，為神經功能與非編碼RNA相關性的研究奠定了基礎。
這些成果標志著小鼠大腦空間轉錄組圖譜的構建和應用邁出了重要一步，不僅為探索大腦發育和功能的分子機制提供了新的工具，也為神經科學、發育生物學及相關疾病的研究提供了新的視角和方向。
華大生命科學研究院劉龍奇研究員、徐訊研究員，中國科學院腦科學與智能技術卓越中心孫衍剛研究員、沈志明研究員、李超副研究員、王曉飛、臨港實驗室魏武研究員和騰訊AI實驗室姚建華為論文共同通訊作者。華大生命科學研究院韓磊、荊澤華、彭玉杰、常會中、雷俊杰和臨港實驗室劉振、劉雨暄、劉偉，以及中國科學院腦科學與智能技術卓越中心王可新、徐園芳、騰訊AI實驗室吳子涵為論文共同第一作者。本研究受到科技創新2030-“腦科學與類腦研究”等項目聯合資助。