猕猴大脑皮层细胞空间分布图谱,为相关研究提供了重要的数据资源库

脑科学研究对于人类是一片“深海”，而在今天，全球首套单细胞分辨率的猕猴大脑皮层细胞空间分布图谱在上海发布，为脑细胞构成研究和脑疾病发展成因探索点亮了明灯。

2023年7月12日23点， Cell期刊在线发表了题为“Single-cell spatial transcriptome reveals cell-type organization in macaque cortex”的研究论文，该研究成果由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）与华大生命科学研究院、临港实验室、上海脑科学与类脑研究中心、腾讯AI Lab、深圳国家基因库、瑞典皇家理工学院、卡罗林斯卡医学院等单位106人的科研团队合作攻关完成。

该研究利用我国自主研发的超高精度大视场空间转录组测序技术Stereo-seq和高通量单细胞核转录组测序技术DNBelab C4 snRNA-seq，成功绘制了猕猴大脑皮层的细胞类型分类树，并揭示了细胞类型组成和灵长类脑区层级结构之间的关系，为进一步研究各类神经元之间的连接提供了分子细胞基础。

猕猴是演化中离人最近的模式动物

灵长类大脑神经细胞数量巨大，它们相互连接形成了复杂而精细、支撑高级认知和行为的特定神经环路；这些细胞和环路的异常导致了多种脑疾病。

大脑由哪些细胞组成、这些细胞的空间分布有什么规律，是脑科学的基本问题，其重要性类似于人类基因组计划完成的DNA碱基序列。

通讯作者、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心研究组组长、研究员李澄宇介绍，与其他物种相比，灵长类动物具有更高的认知和社会能力，同时具有更大的皮层和更多细胞类型。比如与人类最接近的模式动物-猕猴，其大脑包含超过60亿个神经元，根据它们的分子、形态或生理特征及其空间分布规律，可以将其分为数百种细胞类型，分布在数百个不同的脑区中。解析皮层中细胞亚型的组成及其空间分布规律对于阐明灵长类大脑的组织规律至关重要。

该研究采用了一种新开发的大视野空间转录组Stereo-seq方法，并结合任务需要，自主开发了一种制备猕猴大脑厘米尺度薄切片的方法。结合大规模的单细胞核转录组分析，攻关团队获得了食蟹猴全皮层的三维单细胞空间分布图谱，为系统分析细胞类型在皮层内各层面特异和区域特异的分布，以及基因表达特征提供了目前最完整的灵长类大脑数据。

团队发现，大量兴奋性神经元、抑制性神经元以及非神经元细胞在大脑皮层中的分布呈现明显的各层面及各脑区的特异性。更为有趣的是，视觉和躯体感觉系统的细胞类型组成与脑区层级组织之间存在显著的相关性，处于相同层级的脑区往往具有类似的细胞类型组成，揭示了细胞组成和脑区结构之间的关系。

猕猴大脑皮层细胞类型空间分布图谱。(A) 数百种细胞类型在猕猴大脑不同位置（上）以及5张典型代表性切片（下）上的空间分布。（B）多种细胞类型呈现各层面的分布特异性。（C）五种细胞类型及其特征基因的空间分布和表达模式。

此外，攻关团队通过与公开发表的人脑和鼠脑的单细胞数据进行跨物种比较，发现灵长类特有的分布于第四层的兴奋性神经元细胞，并且这些细胞高度表达与人类疾病相关的基因，包括FOXP2, DCC以及EPHA3等。

该研究产生了较为完整的世界首套猕猴全脑皮层的单细胞以及空间转录组数据，为后续相关研究提供了重要的数据资源库，现已实现公开共享

作者栏里密密麻麻的名字

看到研究文章作者一栏里密密麻麻的名字，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心全脑介观神经联接图谱研究（单细胞分型）平台主任李超博士说，仿佛又回到了当时做时空芯片实验时那热闹非凡的场景，“很少有课题像这个项目一样需要这么多的人共同协作一起完成，确实是众志成城，共闯难关。”

李澄宇作为通讯作者群体的代表也感叹着这次协同攻关的力量。

据他回忆，这个项目源起于2021年的春节，2021年2月6日，蒲慕明院士带领团队两次访问华大，双方确定以华大时空组学技术、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心猕猴脑图谱研究为合作支撑，尽快在重点脑区 的图谱展开全面合作，引领学科和理论发展。随后，年初二就讨论组织第一轮实验，年初三中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心建立指挥部并确定项目的体制机制保障、目标、时间表、任务分工和路线图。

在2年的时间内，研究组每周五雷打不动开例会讨论， 有观点不同时激烈的争吵，有遇到难题时难掩的惆怅，也有看到曙光时隔着屏幕传递出来的兴奋和激动。 也正是因为这样紧锣密鼓地合作，让世界首套单细胞分辨率的猕猴大脑皮层细胞空间分布图谱如此快地面世。

李澄宇透露，接下来将持续团队攻关，继续在脑疾病机制与靶点研发、脑细胞与脑结构演化、 脑功能的细胞分子机制等领域钻研，推动中国在相关领域持续产生原创性、引领性成果。

蒲慕明院士说，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心将坚持原则，力争在优势领域保持国际领先，在重大前沿领域占据一席之地。

中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）研究员李澄宇、刘志勇、青年研究员孙怡迪、副研究员沈志明，华大生命科学研究院研究员徐讯、刘龙奇、黎宇翔，临港实验室研究员魏武，腾讯AI Lab AI医疗首席科学家姚建华研究员为该论文共同通讯作者。

华大生命科学研究院研究员陈奥、副研究员雷莹、研究员廖莎、硕士研究生朱志勇，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心青年研究员孙怡迪、单细胞平台主任李超、博士研究生孟娟、研究员梁智锋、助理研究员袁妮妮、工程师杨浩，临港实验室博士后柏亦沁，中国科学院上海营养与健康所博士研究生刘振，腾讯AI Lab研究员吴子涵为该论文的共同第一作者。

该成果获得了科技部科技创新2030-重大项目“脑科学与类脑研究”、上海市级重大专项“全脑神经联接图谱与克隆猴模型计划”、中国科学院、基金委、深圳市、临港实验室重大任务等项目的支持。