大脑受伤了如何自行恢复？华大构建全球首个脑再生时空图谱

9月2日，由华大生命科学研究院牵头的首个蝾螈脑再生时空图谱以封面文章的形式发表在国际学术期刊《科学》上，这也是全球首个脑再生时空图谱。

基于华大时空组学的Stereo-seq技术，研究团队系统地分析和比较了蝾螈脑的发育和再生过程，发现了蝾螈脑再生过程中的关键神经干细胞亚群，描述了这类干细胞亚群重建受损神经元的过程，还发现了脑再生和发育过程具有一定的相似性，为认知脑结构和发育过程提供了帮助，为神经系统再生医学提供了新的研究和治疗。

至此，华大时空组学和单细胞技术相关成果在短短半年内，连续四次在《细胞》、《自然》、《科学》三大顶级期刊上发表，实现了“大满贯”。

本次研究中使用的墨西哥钝口蝾螈是一种蝾螈，又名六角恐龙，外形独特可爱，再生能力极强。如果一个人不幸断肢，伤口会慢慢愈合，但不会长出新的肢体。如果一个器官患病或受损，需要通过器官移植来治疗。

神奇的是，墨西哥蝾螈不仅能再生四肢、尾巴、眼睛、皮肤、肝脏等器官，还能再生大脑。因此，作为重要的模式生物，科学家们研究再生的相关问题。

“除了强大的再生能力，蝾螈在进化上比其他硬骨鱼类更高，与哺乳动物大脑结构的相似性也更高。同时，它的基因编码序列与人类非常相似。研究蝾螈脑再生的启动机制，发现关键基因，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。”论文合著者、杭州华大生命科学研究院顾瑛博士说。

在研究中，由华大等单位组成的研究团队首先构建了涵盖六个重要发育时期的蝾螈脑发育时空图谱，展示了各种神经元空间分布的分子特征和动态变化，发现蝾螈脑从青春期开始特化具有空间区域特征的神经干细胞亚型。

为了研究蝾螈脑损伤的再生过程，研究小组对蝾螈大脑皮层进行了机械损伤手术，并对再生的7个时间点的脑样本进行了分析。时间和空间数据的结果表明，在损伤的早期，伤口区域出现了一个新的神经干细胞亚群。这组重要细胞是损伤区附近的神经干细胞的其他亚群受到损伤刺激后转化而来，在后续的再生过程中新诞生的神经元填补损伤区神经元的缺失。

此外，虽然伤口在早期就开始逐渐被新组织填充，但直到伤后第60天，损伤区的细胞类型和空间分布才恢复到未损伤侧。

研究人员通过对比蝾螈大脑发育和再生的神经元形成过程，发现这一过程与再生发育过程高度相似，提示脑损伤可能诱导蝾螈神经干细胞逆向转化，在发育期回到更年轻的状态，从而启动再生过程。

“这项研究主要基于华大自主研发的时空组学技术Stereo-seq，达到了纳米亚细胞分辨率。结合大型蝾螈细胞的优势，研究人员可以在时空单细胞分辨率上分析蝾螈脑再生过程中的重要细胞类型，并追踪其细胞谱系变化的空间轨迹。”论文第一作者、杭州华大生命科学研究院魏晓宇博士说。

“蝾螈脑发育与再生时空细胞图谱的构建，对于我们理解脑再生的重要生命过程、两栖类的脑结构以及脑结构的演化具有重要意义。为我们寻找有效的临床治疗方法，促进人体组织器官的自我修复和再生提供了新的方向，也为物种进化研究提供了宝贵的数据资源。”论文合著者、华大生命科学研究院院长许逊表示，“未来，我们将通过时空多组学技术探索更多器官和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。”

该研究由杭州华大生命科学研究院牵头，深圳华大生命科学研究院、青岛华大基因研究院、广东省人民医院、华南师范大学、武汉大学、中科院生命科学学院、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17家单位合作完成。

据介绍，本研究通过了伦理审查，遵循了相应的法规和伦理标准。这项研究中使用的墨西哥钝口蝾螈是在实验室中专门为这项实验培养的。