揭秘六角恐龙脑再生过程,华大研究成果

本文转自：人民日报客户端

贺林平

提到再生，很多人首先想到的是壁虎。不过，壁虎只有尾巴可以再生，且是“假肢”；而有一种动物，不仅能再生四肢、尾巴、眼睛、皮肤以及肝脏等器官，甚至还可以再生大脑，它就是墨西哥钝口螈，俗称“六角恐龙”。

为揭开蝾螈大脑再生的秘密，由华大生命科学研究院主导的一项研究构建了全球首个蝾螈脑再生时空图谱；通过研究，科学家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，为神经系统的再生医学研究和治疗提供新的方向。年9月2日，该相关成果以背靠背封面文章的形式，发表于国际顶级学术期刊《科学》（Science）。

本研究主要基于华大自主研发的时空组学技术Stereo-seq进行，其达到了纳米级亚细胞分辨率，结合蝾螈细胞体积大的优势，使得研究人员可以在时空单细胞分辨率上解析蝾螈脑再生这一过程的重要细胞类型，并追踪其细胞谱系变化的空间轨迹。

具体来说，科学家们利用这种堪称超广角百亿像素的“生命照相机”来“拍摄照片”，就能够“看到”蝾螈脑在发育的过程中，各类神经元的分子特征以及空间分布动态变化。结果发现，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。

进一步，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。这就像对蝾螈大脑恢复过程定期做一个“X光检查”。

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。

蝾螈脑再生时空图谱（图片来源于Science）

最后，研究人员还对比了蝾螈脑发育和再生过程的神经元形成过程，发现这一过程在再生与发育过程中高度相似，或许脑损伤诱导了蝾螈神经干细胞逆向转化，回到发育时期的年轻化状态，以启动再生过程。

论文的共同通讯作者、杭州华大生命科学研究院顾颖博士表示：之所以选择蝾螈进行研究，一方面是基于它强大的再生能力；另一方面，“蝾螈在进化上相较于其他硬骨鱼类更高等，与哺乳动物脑结构具有更高的相似度。同时，它的基因编码序列与人类极其相似，研究蝾螈脑再生的启动机制，发现其中的关键基因，或将为人类神经系统损伤或退行性疾病的修复提供重要指导。”

本次研究由杭州华大生命科学研究院主导，联合深圳华大生命科学研究院、青岛华大基因研究院、医院、华南师范大学、武汉大学、中国科学院大学生命科学学院、深圳湾实验室、美国Whitehead生物医学研究所、丹麦哥本哈根大学等来自中国、美国、丹麦3个国家的17家单位共同合作完成。“未来，我们还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。”华大生命科学研究院院长徐讯表示。

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