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2023

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我国科学家揭示小鼠和人类大脑发育的相似性和差异


  GABA能中间神经元(GABAergic interneuron)是中枢神经系统中产生主要抑制性化学信使---γ-氨基丁酸(GABA)---的神经元。在一项新的研究中,来自中国科学院生物物理研究所、北京师范大学、清华大学、首都医科大学和英国伦敦大学国王学院的研究人员发现GABA能中间神经元早期发育背后的一些过程在人类和小鼠之间是一致的。这是对人类中间神经元(interneuron)---介于神经中枢之间的神经元---发育的首次彻底调查,并阐明了人类和小鼠大脑发育的重要相似性和差异。相关研究结果发表在2021年12月10日的Science期刊上,论文标题为“Mouse and human share conserved transcriptional programs for interneuron development”。

  了解控制人类大脑皮层GABA能中间神经元生成的机制对人类健康有重要意义。自闭症和精神分裂症等神经发育疾病至少部分是由遗传变异引起的,因为遗传变化通过影响特定细胞类型的发育方式导致对这些疾病的易感性增加。

  这些作者使用单细胞RNA测序来描述神经节隆起(ganglionic eminences)中细胞多样性的出现,其中神经节隆起是GABA能中间神经元的起源区域。在此过程中,他们发现了小鼠和人类大脑早期发育过程的显著一致性。

  这种单细胞RNA测序使得这些作者能够构建人类发育的中期妊娠早期(相当于妊娠期的第9-18周)的基因表达的时空图谱。

  作为大脑中最大和最发达的部分,端脑(telencephalon)的组织和细胞结构在哺乳动物之间是广泛保守的,尽管它的大小和复杂性在啮齿动物和灵长类动物之间有很大的差异。以前的分析已表明,构成大脑皮层的细胞在小鼠和人类之间相对相似。然而,在小鼠和人类的成年大脑中,特定类型的中间神经元的相对比例、组织分布和基因表达模式存在广泛差异。

  这些作者指出,这项研究阐明了人类GABA能中间神经元的出现,并确定了人类和啮齿动物的大脑发育之间的相同点和差异。重要的是,这项研究使人们对神经发育障碍的理解达到了新的水平。许多神经发育障碍都有重叠的遗传学和表型,纹状体和皮层GABA能神经元的变化已经在自闭症和精神分裂症中得到了有力的证明。

  这些作者如今希望,他们的研究工作将使其他研究能够将神经发育障碍的基因变异和细胞类型联系起来,从而为个体化治疗带来新的见解和新途径。