单细胞技术应用——神经生物学与发育

单细胞技术应用

神经生物学与发育

神经系统的基础研究

神经系统结构和功能复杂。基于单细胞技术对大脑不同组织进行解析，可以从细胞水平上了解神经系统的结构、发育和发展过程。

研究者对妊娠 8 周到 26 周的人类前额叶皮层进行 scRNA seq[Zhong S et al. Nature. 2018]，鉴 定了 6 种主要神经细胞中的 35 个细胞亚型及这些细胞的发育轨迹（图 2-7）。该研究为了解妊娠早期和 中期人类前额叶皮质的发育提供了一个蓝图，系统剖析了前额叶皮质功能的细胞基础和分子调控机制。

图 2-4 基于单细胞数据分析预测的人类前额叶皮质细胞的发育轨迹[Zhong S et al. Nature. 2018]

其他研究人员也基于不同物种的不同神经组织或大脑组织，使用单细胞技术对神经发育轨迹和衰 老过程等进行了研究（表 2-8）。

表 2-8 脑区和神经组织的单细胞研究

神经细胞分类

大脑包含高度复杂的神经细胞类型和细胞亚型[Fuzik Jet al. Nat Biotechnol. 2016]。scRNA- seq 可用于识别神经细胞类型和亚型，并发现新的细胞特异性标记。

中科院神经所张旭院士团队和伯豪生物合作利用 scRNA-seq 对小鼠背根神经节的体感神经元进行 分类[Li C et al. Cell Research. 2016]，采用微流控 scRNA-seq 和荧光活化细胞分离对纹状体进行 分析，发现了不同的细胞亚群[Gokce O et al. Cell Rep. 2016] ；同时发现新的基因标记可区分中 棘神经元的不同细胞亚群。其他物种的神经组织或大脑组织也从单细胞水平上进行了分类和特征鉴定（表 2-9）。

表 2-9 神经细胞的单细胞研究

神经系统疾病研究与治疗

神经退行性疾病与神经细胞的衰老和功能退化有关，单细胞技术有助于神经系统疾病的机制研究。 单细胞技术可用于评估体细胞突变对神经系统的影响。胎儿神经前体细胞的 scDNA-seq 发现，发育过程中的氧化损伤导致细胞突变率增加[Bae T, et al. Science. 2018]；老年人神经细胞的体细胞 突变与衰老过程、脑区特异性突变和氧化损伤的 DNA 修复相关，暗示致病性体细胞突变也可导致神经 发育和退行性疾病[Lodato M.A, Science. 2018] [Insel T.R et al. Mol Psychiatry. 2014] [McConnell M.J et al. Science. 2017]。

对神经系统疾病有关的细胞进行单细胞研究，可以为疾病治疗提供参考方向。对大脑干细胞进行 scRNA-seq [Kalamakis G et al. Cell 2019]，发现神经干细胞活性在衰老过程中不会降低，而利基 衍生的炎症信号和 Wnt 拮抗剂则会抑制神经干细胞活性。因此理论上，清除抑制神经干细胞活性的物 质将是潜在的治疗神经退行性疾病方案。对阿尔兹海默病（AD）和帕金森（PD）患者脑细胞的单细胞研 究为这两种疾病的治疗提供了新方向（表 2-10）。

表 2-10 神经系统疾病的单细胞研究

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