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揭秘“六角恐龍”腦再生過程，華大研究成果再登國際頂級期刊

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本文轉自：人民日報客戶端
賀林平
提到再生 ， 很多人首先想到的是壁虎 。 不過 ， 壁虎只有尾巴可以再生 ， 且是“假肢”；而有一種動物 ， 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 ， 它就是墨西哥鈍口螈 ， 俗稱“六角恐龍” 。
揭秘“六角恐龍”腦再生過程，華大研究成果再登國際頂級期刊
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為揭開蠑螈大腦再生的秘密 ， 由華大生命科學研究院主導的一項研究構建了全球首個蠑螈腦再生時空圖譜；通過研究 ， 科學家找到了蠑螈腦再生過程中的關鍵神經干細胞亞群 ， 描繪了此類干細胞亞群重構損傷神經元的過程 ， 為神經系統的再生醫學研究和治療提供新的方向 。 2022年9月2日 ， 該相關成果以背靠背封面文章的形式 ， 發表于國際頂級學術期刊《科學》（Science） 。
揭秘“六角恐龍”腦再生過程，華大研究成果再登國際頂級期刊
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本研究主要基于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分辨率 ， 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分辨率上解析蠑螈腦再生這一過程的重要細胞類型 ， 并追蹤其細胞譜系變化的空間軌跡 。
【揭秘“六角恐龍”腦再生過程，華大研究成果再登國際頂級期刊】具體來說 ， 科學家們利用這種堪稱超廣角百億像素的“生命照相機”來“拍攝照片” ， 就能夠“看到”蠑螈腦在發育的過程中 ， 各類神經元的分子特征以及空間分布動態變化 。 結果發現 ， 蠑螈腦從青少年時期就開始特化出具有空間區域特征的神經干細胞亞型 。
進一步 ， 研究團隊對蠑螈腦的皮層區域進行機械損傷手術 ， 并在損傷后的第2、5、10、15、20、30及60天 ， 利用時空組學技術Stereo-seq對大腦樣本進行“拍照” ， 得到各個時間點的蠑螈腦再生圖集 ， 完整記錄了蠑螈大腦從損傷 ， 到再生修復完成的過程 。 這就像對蠑螈大腦恢復過程定期做一個“X光檢查” 。
通過對比7個時期再生“照片”和過程中的傷口狀態 ， 研究團隊發現 ， 傷口區域在損傷早期就出現了新的神經干細胞亞群 ， 這群重要的細胞由損傷區域附近的其他神經干細胞亞群在受到損傷刺激后轉化而來 ， 并在后續的再生過程中新生出神經元以填補損傷部位缺失的神經元 。 此外 ， 雖然傷口處在修復早期便開始逐步被新生組織填充 ， 但直到損傷后第60天 ， “照片”才顯示損傷區域的細胞類型及空間分布恢復到了未損傷側的狀態 。
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蠑螈腦再生時空圖譜（圖片來源于Science）
最后 ， 研究人員還對比了蠑螈腦發育和再生過程的神經元形成過程 ， 發現這一過程在再生與發育過程中高度相似 ， 或許腦損傷誘導了蠑螈神經干細胞逆向轉化 ， 回到發育時期的年輕化狀態 ， 以啟動再生過程 。
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：之所以選擇蠑螈進行研究 ， 一方面是基于它強大的再生能力；另一方面 ， “蠑螈在進化上相較于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 。 ”
本次研究由杭州華大生命科學研究院主導 ， 聯合深圳華大生命科學研究院、青島華大基因研究院、廣東省人民醫院、華南師范大學、武漢大學、中國科學院大學生命科學學院、深圳灣實驗室、美國Whitehead生物醫學研究所、丹麥哥本哈根大學等來自中國、美國、丹麥3個國家的17家單位共同合作完成 。 “未來 ， 我們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 。 ”華大生命科學研究院院長徐訊表示 。