使用人脑细胞图谱解读神经精神疾病

在一项重大合作努力中，加州大学圣地亚哥分校的研究人员通过分析超过一百万个人类脑细胞，绘制了不同类型脑细胞中的基因开关图。 这项研究是大脑计划的一部分，揭示了某些细胞类型与神经精神疾病之间的关系。 他们还使用人工智能来预测特定高风险遗传变异的影响。

研究人员绘制了与精神分裂症、双相情感障碍、 阿尔茨海默氏病 疾病和严重的抑郁症。

在加州大学圣地亚哥分校 (UCSD) 领导的一项大型、多机构努力中，研究人员分析了超过一百万个人类脑细胞，生成了脑细胞类型基因转换的详细图谱，揭示了特定细胞类型之间的联系。 以及各种常见的神经精神疾病。 该团队还开发了人工智能工具来预测这些细胞中个体高风险遗传变异的影响以及它们如何导致疾病。

BRAIN 计划及其目标

这项开创性的研究发表在该杂志的特刊上 科学 于 2023 年 10 月 13 日进行的这项研究是美国国立卫生研究院通过高级创新神经技术计划（即 BRAIN 计划）进行的大脑研究的一部分，该计划于 2014 年启动。该计划旨在彻底改变对哺乳动物大脑的理解，部分原因是开发新的技术。 用于表征神经元细胞类型的神经技术。

了解细胞差异

人脑中的每个细胞都包含相同的序列 脱氧核糖核酸但不同的细胞类型使用不同数量的不同基因。 这种变异产生了许多不同类型的脑细胞，并导致神经回路的复杂性。 了解这些细胞类型在分子水平上的差异对于理解大脑如何工作以及开发治疗神经和精神疾病的新方法至关重要。

人脑的复杂性

“人脑并不是同质的，”首席研究员、加州大学圣地亚哥分校医学院教授任平博士说。 “它们由非常复杂的神经元和非神经元细胞网络组成，每个神经元细胞执行不同的功能。识别大脑中不同类型的细胞并了解它们如何协同工作将最终帮助我们发现可以靶向治疗的新疗法。与特定疾病相关的个体细胞类型。”

研究的主要结果

在这项新研究中，研究小组分析了来自三个人类大脑的 42 个不同大脑区域的超过 110 万个脑细胞。 他们鉴定了 107 种不同的脑细胞亚型，并能够将其分子生物学的各个方面与多种神经精神疾病联系起来，包括精神分裂症、双相情感障碍、阿尔茨海默病和重度抑郁症。 然后，研究人员利用这些数据创建机器学习模型，以预测 DNA 中的特定序列变异如何影响基因调控并导致疾病。

持续研究和未来努力

虽然这些新发现为人类大脑及其疾病提供了重要的见解，但科学家们距离绘制大脑图还有很长的路要走。 2022 年，加州大学圣地亚哥分校与索尔克研究所等机构一起启动了多边形人脑细胞图谱中心，该中心旨在研究来自十多个人脑的细胞，并提出有关大脑在发育过程中如何变化的问题。人们的生活和疾病。

任说：“将我们的工作扩展到更多大脑的更详细水平将使我们更进一步了解神经精神疾病的生物学以及如何康复它们。”

参考文献：“人脑单细胞染色质可及性比较图谱”，作者：Yang-Eric Li、Sebastian Pressel、Michael Miller、Nicholas D. Johnson、王子涵、焦亨利、周晨旭、王兆宁、谢阳、Olivier Poirion、Colin Kern、Antonio Pinto-Duarte、Wei Tian、Kimberly Seletti、Nora Emerson、Julia Austin、Jacinta Lucero、Lin Lin、Qian Yang , 楚泉, 内森·泽姆克, 莎拉·埃斯皮诺萨, 安娜·玛丽·雅妮, 朱莉·尼胡斯, 尼克·D., 塔玛拉·卡斯帕, 纳迪亚·沙波瓦洛娃, 丹妮尔·赫施斯坦, 丽贝卡·D. 霍奇、Sten Lenarsson、Trygve Bakken、Boaz Levy、C. Dirk Keen、张静波、Ed Lin、Allen Wang、M. 玛格丽塔·贝伦斯，约瑟夫·R. Eker，任平，13 岁，2023 年 10 月， 科学。
doi：10.1126/science.adf7044

该研究的合著者包括：加州大学圣地亚哥分校的 Yang Eric Li、Sebastian Pressel、Michael Miller、Zihan Wang、Henry Jiao、Chenxu Zhu、Zhaoning Wang、Yang Espinoza、Jingbo Zhang 和 Allen Wang，以及 Nicholas D . 约翰逊·安东尼奥·平托-杜阿尔特、韦天·诺拉·爱默生、朱莉娅·奥斯汀、杰辛塔·卢塞罗、M. 玛格丽塔·伯恩斯和约瑟夫·R. 埃克在索尔克生物研究所工作。 卡罗林克萨研究所的 Kimberly Sillett 和 Steen Lenarsson Annamarie Janni、Julie Nyhus、Nick Dee、Tamara Kasper、Nadja Shapovalova、Daniel Hirschstein 和 Rebecca D. 艾伦脑科学研究所的 Hodge Trygve Bakken、Boaz Levy 和 Ed Lin 以及 C. 德克·凯恩在 华盛顿大学 西雅图。

该研究之前曾得到支持 美国国立卫生研究院 （赠款 UM1MH130994、U01MH114812、U54HG012510 和 S10 OD026929），国家科学基金会（赠款 OIA-2040727）； 南希和巴斯特·奥尔福德捐赠基金、生命科学研究基金会，以及来自 Google、Adobe 和 Teradata 的捐赠。