收藏| 同济大学脑与脊髓临床研究中心--2021年度科研成果汇编

同济大学脑与脊髓临床研究中心成立于2017年，是同济大学四大临床研究中心之一，依托于同济大学医学院与同济医院等附属医院开展建设。

研究方向涵盖脑科学基础科研及临床转化、脑科学与人工 智能交叉、脊髓损伤及修复、临床神经病学及疾病早期诊断，麻醉与 脑功能等。包括同济大学脊柱脊髓损伤再生修复教育部重点实验室、同济大学“脑智同飞”联合研究中心、同济大学医学院解剖与组织胚 胎学系、再生医学系、脑与类脑功能转化研究所等多个科研机构。

中心围绕国家人才培养需求，创建卓越脑科学及交叉学科人才培养体系, 发挥学科传统优势，统筹课程体系，改革人才培养模式，加强医工交叉，着重基础与临床转化，培养卓越医学与脑科学复合拔尖创新人才。

中心积极参与国际脑计划战略合作，成立中瑞合作实验室，邀请国内 外神经领域专家定期开展学术交流，打造一流的学术高地，以一流管理服务为一流学科建设赋能，联动国内外资源，不断开发创新。

近五年来，同济大学脑科学团队已在Nature、Cell 等国际著名学术期刊发表论文近30篇；获得科技部重点研发计划10余项，国家重大专项、国家自然科学基金重点专项、国际合作重大项目近10项，在研国家自然科学基金项目近50余项；围绕脑科学领域多次获得省部级奖励。中心今年研究成果共计20余项，标志性成果如下。

1

基于CRISPR/Cas9全基因组筛选研究人多能干细胞胚层分化的机制

利用全基因组筛选研究人多能干细胞胚层分化的机制

2021 年 1 月 22 日，iScience 正式发表了题为 “Mapping germ-layer specification preventing genes in hPSCs via genome-scale CRISPR screening”的研究论文。该研究由章小清研究组完成。

研究团队通过谱系标记和 CRISPR/Cas9 全基因组文库筛选，成功构建了 hPSCs 全基因组功能筛选研究平台，并绘制了 hPSCs 维持与三胚层分化的调控模型。团队筛选获得的829个 LPGs，可作为人早期胚胎发育以及胚层分化的关键调控因子，为早期胚胎发育和干细胞研究提供了宝贵的资源。

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https://doi.org/10.1016/j.isci.2020.101926

2

发现治疗疼痛的全新靶点，提供药物研发新思路

2021年3月，Progress in Neurobiology 杂志发表了同济大学医学院/一康医院彭长庚课题组的研究论文“MicroRNA-96 is required to prevent allodynia by repressing voltage-gated sodium channels in spinal cord”。

敲除 miR-96 的一个等位基因就会导致小鼠异常机械痛和热痛。miR-96抑制电压门控钠离子通道 Nav1.7, 1.8, 1.9 和 1.2 和钙离子通道 CACNA2D1/2。首次发现 Nav1.7 和 Nav1.8 参与中枢敏化，改写靶向钠离子通道止痛药物的研发思路。

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3

构建了一种基于深度学习的神经干细胞分化命运预测系统

2021年5月10日，程黎明教授、朱融融教授在国际知名学术期刊Nature Communications 上在线发表了题为“Deep learning-based  predictive identification of  neural stem cell differentiation”的研究论文。论文入选该杂志“干细胞”领域编辑推荐文章（https://www.nature.com/collections/pkgztbmgly）

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https://www.nature.com/articles/s41467-021-22758-0

4

用于神经形态分析的光谱依赖的光化突触的研究

（A）合成2D聚合物（2DP）的示意图。

（B）原子力显微镜（AFM）在硅片上合成的2DP膜的图像，图像中沿蓝色虚线有相应的高度轮廓。

（C）2DP的傅里叶变换红外（FTIR）光谱。

（D）Au/五苯/聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）/2DP/SiO2/Si突触装置的横截面扫描电子显微镜（SEM）图像。

（E） 在2DP/PMMA薄膜上生长的并五苯层的AFM地形图。

（F）紫外（UV）-2DP/PMMA、并五苯和2DP/PMMA/并五苯薄膜的可见吸收光谱。

（G）石英（λex=405nm）上2DP/PMMA和2DP/PMMA/并五苯薄膜的稳态光致发光（PL）光谱。

（H）石英（λex=405nm）上2DP/PMMA和2DP/PMMA/并五苯薄膜的瞬态PL光谱。

2021年5月20日，Infomat 杂 志 发 表 了 题 为 “Spectrum-Dependent Photonic Synapses Based on 2D Imine Polymers for Power-Efficient Neuromorphic Computing”的论文。由熊利泽与黄佳研究团队合作。

首次研制了基于二维光子晶体作为光可调谐电荷捕获介质的光子突触晶体管。由此产生的有机晶体管可以成功地模拟常见的突触功能，包括兴奋性突触后电流、成对脉冲易化、短期记忆向长期记忆的转换以及动态过滤。得益于2DP的高光敏性，设备可以在0.1V的低工作电压下工作，并实现每事件~0.29pJ的超低能耗。这项工作启发了2DPs在光子突触中的新应用。

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https://ieeexplore.ieee.org/document/9351667

5

用于多功能信息处理的类突触传感器的研究

（A）类脑神经突触器件结构示意图；

(B)类脑神经突触器件的低能耗特性；

(C) 器件的记忆、遗忘与加速的再学习过程

2021年5月23日，Nano Energy 杂志发表了题为“Printable, ultralow-power ternary synaptic transistors for multifunctional information processing system”的论文，由熊利泽与黄佳研究团队合作。

以有机共轭分子和生物材料为刺激响应材料，研究开发了低能耗的有机类脑神经突触器件，实现仿生的类脑感知、记忆与遗忘功能，脉冲功耗低于人脑神经突触。

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https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106197

6

胶质母细胞瘤来源的细胞外囊泡通过PI3K-Akt通路促进神经母细胞的增殖和迁移

2021年06月，Cell Communication & Signaling 在线发表了题为 “Extracellular vesicles derived from glioblastoma promote proliferation and migration of”的研究论文。该研究由王奕副教授与郑加麟教授研究组完成。

研究团队发现，EVs 在肿瘤微环境的细胞间通讯中起关键作用抑制致瘤性 EVs 介导的 PI3K-Akt-mTOR 通路激活可能是治疗胶质母细胞瘤的新途径。

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https://doi.org/10.2174/1567205018666211210150808

7

MD2干扰肽在啮齿动物和恒河猴中风模型中的治疗作用

a. 50uM NDMA 刺激后 MD2 的表达量变化，1 小时后显著升高，2 小时达高峰，之后开始 下降。

b. a 图中的 WB 条带定量分析。

c. 免疫荧光染色发现 MD2 在神经元表达。

d. NMDA 和 Tat 短肽刺激后 LDH 表达变化，可见 Tat 短肽可逆转 TC 降低 LDH 的效果。

e. 不同浓度的 TC 刺激后 LDH 的改变，5uM 效果最佳。

2021 年 6 月 9 日，Science Translational Medicine 在线发表了 题为“AnMD2-perturbing peptide has therapeutic effects in rodent and rhesus monkey models of stroke”的研究论文，由熊利泽教授的研究团 队完成，影响因子 17.956。

研究报道了髓样分化蛋白 2 (MD2)在中风 后的皮质神经元中显着增加。本次研究合成了一种 MD2 干扰肽 (Tat-CIRP)，可以干扰 MD2 分子的功能并在体外强烈保护神经元免 受兴奋性毒性损伤。Tat-CIRP 能够有效地穿过血脑屏障并显示出治 疗效果，全身给药 Tat-CIRP 或 MD2 基因缺失保护小鼠脑应对缺血 性和出血性中风。此外，研究团队证明了 MD2 通过独立于 TLR4 的 Sam68 相关级联反应引发神经元凋亡和坏死性凋亡。总之，Tat-CIRP 为啮齿动物和非人类灵长类动物提供了强大的神经保护作用，可以防 止中风。

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https：//DOI: 10.1126/scitranslmed.abb6716

8

星形胶质细胞 N-myc 下游调节基因 2（NDRG2）保护大脑免受中风诱 发的脑水肿的机制研究

NDRG2 敲除导致 MCAO 后血脑屏障的破坏

2021年7 月11日，Glia 在线发表了题为“Astroglial N-myc downstream-regulated gene 2 protects the brain from cerebral edema induced by stroke”的研究论文，由熊利泽教授的研究团队完成，影响因子7.452。

研究团队探究了星形胶质细胞在脑缺血后脑水肿中作用的重要机制，发现了N-myc 下游调节基因 2 (NDRG2) 维持星形胶质细胞极化，促进Na+和水转移平衡，保护大脑免受缺血性水肿。

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https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7754347/pdf/GLIA-69-281.pdf

9

脑干的蓝斑核到下丘脑腹外侧视前区的去甲肾上腺素能神经环路的促进觉醒机制

2021年7月15日，同济大学医学院张玲教授课题组与安徽医科大学 王烈成教授课题组合作，在Current Biology 期刊在线发表题为 “The NAergic locus coeruleus-ventrolateral preoptic area neural circuit mediates rapid arousal from sleep”的最新研究成果。

揭示了脑干的蓝斑核到下丘脑腹外侧视前区的去甲肾上腺素能神经环路的促进觉醒机制。安徽医科大学博士研究生梁悦与同济大学张玲教授课题组实验助理施伍为该论文的共同第一作者；论文其他作者包括 张玲教授课题组的博士后向安峰和博士生胡丹丹；安徽医科大学王烈成教授为共同通讯作者。该研究受到国家自然科学基金以及 同济大学附属康复医院科研启动基金的资助。

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10

“逃”+“跑”=“逃跑”解析控制两种本能行为时序发生的神经 环路

2021年7月20日（11a.m. ET），本研究以题目“Aneuronal circuit that generates the temporal motor sequence for thedefensive response in zebrafish larvae”发表于经典期刊 Current Biology。

此研究揭示硬 骨鱼类的神经系统通过将 Mauthner 细胞、颅中继神经元(CRNs) 和内侧纵束核（nMLF）以特定的突触联接，形成神经信号单方向 传递的链状神经环路构造；此链状神经环路构造赋予动物在危险 情况下使用复杂的序列运动迅速改变运动方向，快速逃离危险源， 大大提高生存几率的重要本能行为。本研究将为我们了解脊椎动 物大脑控制序列运动行为提供依据。

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11

先天性脑积水小鼠模型的建立

2021年8月30日，Neuroscience Bulletin 在线发表了题为“β-CateninDeletion in Regional Neural Progenitors Leads to Congenital Hydrocephalus in Mice”的研究论文。该研究由章小清研究组完成。

在本研究中，根据 Cre-LoxP 系统，团队在表达 Nkx2.1 的小鼠前脑腹 侧神经前体细胞中特异敲除 Wnt/β-catenin，并利用细胞示踪技术， 使小鼠中的 Nkx2.1 阳性细胞及其产生的下游细胞均表达可被 GFP 抗 体特异识别的 YFP（Nkx2.1-cre;Ctnnb1fl/fl;Rosa-26-LSL-YFP）。该 模型小鼠从胚胎期第 12.5 天至成年期持续表现增大的脑室和大脑， 表现为一种持续稳定的新型的先天性脑积水小鼠模型。机制研究发 现，该模型小鼠腹侧脑室区前体细胞出现缺失，导致调控脑脊液流动 的纤毛发生严重功能受损。进一步研究发现，该模型小鼠的前脑背侧 和腹侧区域均出现异常的神经元生成及迁移。该新型的先天性脑积水 小鼠模型可为先天性脑积水的发病及早期神经发育异常的机制研究 提供模型工具。

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https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs12264-021-00763-z

12

人早期端脑神经谱系的绘制

利用单细胞转录组测序技术揭示人端脑背腹侧神经谱系的发育特征及轨迹

2021年9月24日，The EMBO Journal在线发表了题为“ Developmental programming and lineage branching of early human telencephalon” 的研究论文。该研究由章小清研究组完成。

研究团队 利用单细胞 RNA 测序技术揭示了人端脑神经元的发育轨迹。背侧和腹 侧端脑的放射状胶质细胞(radial glial cell, RGs)都通过中间组细胞 (dividing intermediate progenitor cells, IPCs_div)和成神经细胞 (early postmitotic neuroblasts, eNBs) 分化为神经元。在这一过程中，转录因 子 ASCL1 调控了背腹侧 RGs 向 IPCs_div 的命运转变。此外，团队还 发现背腹侧神经细胞的命运在神经外胚层背腹侧区域化时就已经确 定，神经元的种类多样性在神经发生和神经回路整合过程中得到进一 步完善。本研究深入地揭示了人端脑背腹侧神经谱系的发育轨迹，为 人脑中特异性神经元的富集和纯化奠定了坚实基础，有望为相关神经 疾病的细胞移植治疗策略提供理论依据。

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https://www.embopress.org/doi/full/10.15252/embj.2020107277

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发现脊髓内新中间神经元，相关研究成果发表于《美国科学院院报》

.esV2a interneurons are recruited prior to pMNs and CoLo interneurons

2021年10月19日，医学院宋建人教授课题组研究发现脊髓内新中间神经元，在经典期刊PNAS 上发表题为“A specialized spinal circuit for command amplification and directionality during escape behavior”的论文。

研究证明脊髓 esV2a 神经元在可以将 Mauthner 细胞产生的躲避命令在脊髓内进一步放大，并且与 Mauthner 细胞一起共同激活 CoLo 神经元/初级运动神经元，完成躲避行为。进一步对活体动物进行双光子消除 esV2a 神经元后，动物失去抉择躲避反应方向的能力。以上结果证明脊髓内存在抉择躲避行为发生的神经环路机制

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小胶质细胞谷氨酰胺酶介导神经炎症相关抑郁症发生发展

缺乏 GLS1 的小胶质细胞产生了具有更高水平 miR-666-3p 和 miR-7115-3p 的细胞外囊泡，并通过 Serpina3n 的表达抑制了星形胶质细胞的活化。低反应性星形胶质细胞与具有异常形态的 GLS1 缺陷型小胶 质细胞合作，在脂多糖刺激后产生较少的神经炎症反应并改善焦虑/抑郁样行为

2021年11月，Brain, Behavior & Immunity 在线发表了题为 “ Microglial glutaminase 1 deficiency mitigates neuroinflammation associated depression”的研究论文。该研究由郑加麟教授研究组完成。 

研究团队发现，小胶质细胞在缺乏 GLS1 的状态下，可改善 LPS 诱导 的神经炎症、焦虑/抑郁样行为和前额叶皮质反应性小胶质细胞三维结构。

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http://dx.doi.org/10.2174/1567205018666211210150808

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黄芩素在抗新冠病毒中的作用及其机制研究

病毒通过降低线粒体 mptp 活性促进自身复制，mptp 活性的降低导致黄芩素对线粒体氧 化磷酸化通路的抑制，从而减少病毒复制

2020年11月，Signal Transduction and Targeted Therapy 在线发表了题为“Baicalein inhibits SARS-CoV-2/VSV replication withinterfering mitochondrial oxidative phosphorylation in a mPTP dependent manner ”的研究论文。该研究由施裕丰研究组、裴钢研究组和张波研究组合作完成。

研究团队发现，Baicalein 通过 mptp 依赖地抑制线粒体氧化磷酸化活性抑制新冠病毒复制。

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https//DOI:10.1038/s41392-020-00353-x

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发现帕金森病姿势异常的智能化精准评估方法

2021年12月4日，靳令经团队在Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation上发表了题目为“Automated and accurate assessment for postural abnormalities in patients with Parkinson's disease based on Kinect and machine learning”的研究论文。

该研究开发了一套基于 Kinect v2 深度相机的帕金森病姿势异常智能 评估系统，能够准确提取患者的姿势特征并对其严重程度进行自动评 级，评估的人机一致性达 0.94，准确度 90.0%，灵敏度 89.1%，特异度 95.7%。同时，研究提出了评估帕金森病躯干前屈症的新方法—— 脊柱最凸点与躯干的距离。该研究为帕金森病姿势异常的评估提供了 新方法，为解析其发生发展规律及机制奠定了基础。

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https://jneuroengrehab.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12984-021-00959-4

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发现促进脊髓损伤后神经环路重建的内源性新靶点

2021年12月7日，宋建人团队在Nature Communications 杂 志 上 发 表 了 题 为 “ An injury-induced serotonergic neuron subpopulation contributes to axon regrowth and function restoration after spinal cord injury in zebrafish”的研究论文。

该研究系统解析了脊髓中 央模式产生器在脊髓损伤后的修复规律，揭示了脊髓内源性的五羟色胺参与的促进神经轴突再生修复的机制，并找到了参与该修复机制的 靶受体，为脊髓损伤的基础研究和治疗提供了新思路。

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https://www.nature.com/articles/s41467-021-27419-w

文章来源：同济大学脑与脊髓临床研究中心

编辑：brainnews编辑部

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