神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能復(fù)雜。基于單細(xì)胞技術(shù)對大腦不同組織進(jìn)行解析，可以從細(xì)胞水平上了解神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、發(fā)育和發(fā)展過程。
研究者對妊娠 8 周到 26 周的人類前額葉皮層進(jìn)行 scRNA seq[Zhong S et al. Nature. 2018]，鑒 定了 6 種主要神經(jīng)細(xì)胞中的 35 個細(xì)胞亞型及這些細(xì)胞的發(fā)育軌跡（圖 2-7）。該研究為了解妊娠早期和 中期人類前額葉皮質(zhì)的發(fā)育提供了一個藍(lán)圖，系統(tǒng)剖析了前額葉皮質(zhì)功能的細(xì)胞基礎(chǔ)和分子調(diào)控機(jī)制。
圖 2-4 基于單細(xì)胞數(shù)據(jù)分析預(yù)測的人類前額葉皮質(zhì)細(xì)胞的發(fā)育軌跡 [Zhong S et al. Nature. 2018]
其他研究人員也基于不同物種的不同神經(jīng)組織或大腦組織，使用單細(xì)胞技術(shù)對神經(jīng)發(fā)育軌跡和衰 老過程等進(jìn)行了研究（表 2-8）。
表 2-8 腦區(qū)和神經(jīng)組織的單細(xì)胞研究
神經(jīng)細(xì)胞分
大腦包含高度復(fù)雜的神經(jīng)細(xì)胞類型和細(xì)胞亞型 [Fuzik Jet al. Nat Biotechnol. 2016]。scRNA- seq 可用于識別神經(jīng)細(xì)胞類型和亞型，并發(fā)現(xiàn)新的細(xì)胞特異性標(biāo)記。
中科院神經(jīng)所張旭院士團(tuán)隊(duì)和伯豪生物合作利用 scRNA-seq 對小鼠背根神經(jīng)節(jié)的體感神經(jīng)元進(jìn)行 分類 [Li C et al. Cell Research. 2016]，采用微流控 scRNA-seq 和熒光活化細(xì)胞分離對紋狀體進(jìn)行 分析，發(fā)現(xiàn)了不同的細(xì)胞亞群 [Gokce O et al. Cell Rep. 2016]；同時發(fā)現(xiàn)新的基因標(biāo)記可區(qū)分中 棘神經(jīng)元的不同細(xì)胞亞群。其他物種的神經(jīng)組織或大腦組織也從單細(xì)胞水平上進(jìn)行了分類和特征鑒定（表 2-9）。
表 2-9 神經(jīng)細(xì)胞的單細(xì)胞研究
神經(jīng)系統(tǒng)疾病研究與治療
神經(jīng)退行性疾病與神經(jīng)細(xì)胞的衰老和功能退化有關(guān)，單細(xì)胞技術(shù)有助于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的機(jī)制研究。單細(xì)胞技術(shù)可用于評估體細(xì)胞突變對神經(jīng)系統(tǒng)的影響。胎兒神經(jīng)前體細(xì)胞的 scDNA-seq 發(fā)現(xiàn)，發(fā)育過程中的氧化損傷導(dǎo)致細(xì)胞突變率增加 [Bae T, et al. Science. 2018]；老年人神經(jīng)細(xì)胞的體細(xì)胞 突變與衰老過程、腦區(qū)特異性突變和氧化損傷的 DNA 修復(fù)相關(guān)，暗示致病性體細(xì)胞突變也可導(dǎo)致神經(jīng) 發(fā)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]。
對神經(jīng)系統(tǒng)疾病有關(guān)的細(xì)胞進(jìn)行單細(xì)胞研究，可以為疾病治療提供參考方向。對大腦干細(xì)胞進(jìn)行 scRNA-seq [Kalamakis G et al. Cell 2019]，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)干細(xì)胞活性在衰老過程中不會降低，而利基 衍生的炎癥信號和 Wnt 拮抗劑則會抑制神經(jīng)干細(xì)胞活性。因此理論上，清除抑制神經(jīng)干細(xì)胞活性的物 質(zhì)將是潛在的治療神經(jīng)退行性疾病方案。對阿爾茲海默病（AD）和帕金森（PD）患者腦細(xì)胞的單細(xì)胞研 究為這兩種疾病的治療提供了新方向（表 2-10）。
表 2-10 神經(jīng)系統(tǒng)疾病的單細(xì)胞研究
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