文章題目：A high-resolution transcriptomic and spatial atlas of cell types in the whole mouse brain
發(fā)表時(shí)間：2023.12
期刊名稱(chēng)：Nature
影響因子：58.39
實(shí)驗(yàn)平臺(tái)：10x單細(xì)胞測(cè)序；MERFISH數(shù)據(jù)集

01 研究概述

1.繪制小鼠全腦細(xì)胞類(lèi)型圖譜

首先利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析（scRNA-seq）和單細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄組分析（snRNA-seq）鑒定了小鼠大腦細(xì)胞類(lèi)型，并結(jié)合MERFISH數(shù)據(jù)，根據(jù)空間位置及細(xì)胞類(lèi)型將這些細(xì)胞分為7個(gè)鄰域，后續(xù)進(jìn)行深入的分析。

Fig.1 小鼠全腦細(xì)胞類(lèi)型圖譜

2. 小鼠大腦神經(jīng)元空間分類(lèi)

神經(jīng)元細(xì)胞類(lèi)型在全腦細(xì)胞類(lèi)型中占很大比例，并具有高度的區(qū)域特異性。接下來(lái)對(duì)神經(jīng)元細(xì)胞群進(jìn)行深入分析，確定不同神經(jīng)元細(xì)胞類(lèi)型的區(qū)域特異性。結(jié)果共鑒定了6個(gè)神經(jīng)元亞群的鄰域：（1）在大腦皮層結(jié)構(gòu)（包括同皮質(zhì)、海馬、嗅覺(jué)區(qū)等區(qū)域）形成一個(gè)獨(dú)特的大腦皮層-谷氨酸鄰域；（2）大腦皮層下衍生的 GABA 能（ γ-氨基丁.酸）神經(jīng)元亞類(lèi)；（3）來(lái)自整個(gè)下丘腦以及紋狀體樣杏仁核區(qū)域的HY-EA-Glut-GABA鄰域；（4）丘腦以及內(nèi)側(cè)束（MH）和外側(cè)束（LH）的TH-EPI-Glut神經(jīng)元鄰域；（5）中腦（MB）-后腦（HB）-谷氨酸-血清素-多巴胺神經(jīng)領(lǐng)域；（6）MB-HB-CB-GABA，包含位于中腦、后腦和小腦的所有 GABA 能亞類(lèi)。

Fig.2 神經(jīng)元細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組及空間分布特征

3. 非神經(jīng)元和未成熟的神經(jīng)元細(xì)胞類(lèi)型分類(lèi)空間分布特征

NN-IMN-GC鄰域包括5個(gè)非神經(jīng)元細(xì)胞類(lèi)型、4個(gè)未成熟神經(jīng)元類(lèi)型和4個(gè)顆粒細(xì)胞類(lèi)型。在所有的非神經(jīng)元細(xì)胞類(lèi)型中，Astro-Epen類(lèi)表現(xiàn)出最多樣化的空間模式。室管膜的五個(gè)亞類(lèi)分布在整個(gè)大腦腦室的不同部位，表現(xiàn)出精細(xì)的空間特異性。VLMC類(lèi)型表現(xiàn)出高度特異的空間和共定位模式。

Fig.3 非神經(jīng)元和未成熟的神經(jīng)元細(xì)胞類(lèi)型分類(lèi)空間分布特征

4. 大腦區(qū)域特定的細(xì)胞類(lèi)型特征

最后，為了比較所有細(xì)胞類(lèi)型轉(zhuǎn)錄組相似性和空間分布鄰近性的關(guān)系，使用腦組織MERFISH數(shù)據(jù)集，量化了所有細(xì)胞亞類(lèi)的全腦空間分布模式。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有神經(jīng)元亞類(lèi)局限于特定的腦區(qū)，而非神經(jīng)元亞類(lèi)在整個(gè)大腦分布更廣泛，并且轉(zhuǎn)錄組更相近的細(xì)胞類(lèi)型在空間上彼此位于更近的位置。此外，不同區(qū)域細(xì)胞類(lèi)型的數(shù)量與細(xì)胞數(shù)量沒(méi)有相關(guān)性，下丘腦、中腦和后腦區(qū)域包含最多的細(xì)胞聚類(lèi)，并且在這些細(xì)胞類(lèi)型較復(fù)雜的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域內(nèi)細(xì)胞類(lèi)型之間的轉(zhuǎn)錄組更加相似，這表明這些區(qū)域的細(xì)胞類(lèi)型層次化程度較低。

Fig.4 大腦區(qū)域特定的細(xì)胞類(lèi)型特征

02 文章小結(jié)

本研究通過(guò)單細(xì)胞聯(lián)合空間技術(shù)，繪制了小鼠整個(gè)大腦空間細(xì)胞圖譜，并系統(tǒng)地分析了大腦中的神經(jīng)元和非神經(jīng)元細(xì)胞類(lèi)型，確定了每種細(xì)胞類(lèi)型的轉(zhuǎn)錄組和空間特異性之間的相關(guān)性。結(jié)果揭示了不同大腦區(qū)域細(xì)胞類(lèi)型組織的獨(dú)特特征，特別是大腦背側(cè)和腹側(cè)部分的二分性。背側(cè)部分包含相對(duì)較少但高度分化的神經(jīng)元類(lèi)型，而腹側(cè)部分包含更多數(shù)量的神經(jīng)元類(lèi)型�？傊�，完整小鼠大腦空間細(xì)胞圖譜的繪制，為大腦相關(guān)研究建立了參考圖譜和理論依據(jù)。