來源：生物谷原創(chuàng) 2023-10-24 18:51
來自加利福尼亞大學(xué)等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們通過研究利用單細(xì)胞RNA測序技術(shù)（一種能確定單一細(xì)胞中哪些基因被激活的手段）識別出了一種新型生物標(biāo)志物或能被用來預(yù)測神經(jīng)元是否會在受損后進(jìn)行再生。
神經(jīng)元是構(gòu)成大腦和脊髓的主要細(xì)胞，其也是受損后再生最慢的細(xì)胞之一，許多神經(jīng)元并不能完全再生，盡管科學(xué)家們在理解神經(jīng)元再生方面獲得了重要的進(jìn)展，但他們?nèi)匀徊⒉磺宄楹斡行┥窠?jīng)元能夠再生，而有些則不能再生。近日，一篇發(fā)表在國際雜志Neuron上題為“Deep scRNA sequencing reveals a broadly applicable Regeneration Classifier and implicates antioxidant response in corticospinal axon regeneration”的研究報(bào)告中，來自加利福尼亞大學(xué)等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們通過研究利用單細(xì)胞RNA測序技術(shù)（一種能確定單一細(xì)胞中哪些基因被激活的手段）識別出了一種新型生物標(biāo)志物或能被用來預(yù)測神經(jīng)元是否會在受損后進(jìn)行再生；通過在小鼠中測試他們的研究發(fā)現(xiàn)，研究者發(fā)現(xiàn)，這種生物標(biāo)志物能在這個神經(jīng)系統(tǒng)和不同發(fā)育階段的神經(jīng)元中始終是可靠的。
研究者Binhai Zheng博士說道，如今，單細(xì)胞測序技術(shù)或許能比以往任何時候都更加詳細(xì)地研究神經(jīng)元的生物學(xué)特性，而這項(xiàng)研究就證明了這種能力，本文中研究人員發(fā)現(xiàn)的可能只是基于單細(xì)胞數(shù)據(jù)的新一代復(fù)雜生物標(biāo)志物的開始。文章中，研究人員重點(diǎn)研究了皮質(zhì)脊髓束（corticospinal tract）中的神經(jīng)元，皮質(zhì)脊髓束是中樞神經(jīng)系統(tǒng)幫助控制機(jī)體運(yùn)動的關(guān)鍵部分，當(dāng)發(fā)生損傷后，這些神經(jīng)元是最不可能再生軸突的，而軸突是神經(jīng)元用來彼此相互交流溝通的細(xì)長結(jié)構(gòu)，這就是為何大腦和脊髓的損傷對于機(jī)體健康而言是毀滅性的了。如果機(jī)體的手臂或腿受傷了，這些神經(jīng)能夠再生，而且通常有可能會完全恢復(fù)，但中樞神經(jīng)系統(tǒng)卻不是這樣，從大多數(shù)大腦和脊髓損傷中恢復(fù)都非常困難，因?yàn)檫@些細(xì)胞的再生能力非常有限，一旦其不在了，機(jī)體就無法再恢復(fù)過來了。
為此，研究人員利用單細(xì)胞RNA測序技術(shù)來分析脊髓損傷小鼠機(jī)體中神經(jīng)元的表達(dá)，他們利用現(xiàn)有的分子技術(shù)來促使這些神經(jīng)元再生，但最終，這只是對于一部分細(xì)胞起作用，這種實(shí)驗(yàn)設(shè)置允許研究人員比較再生和非再生神經(jīng)元的測序數(shù)據(jù)；此外，通過關(guān)注相對較少數(shù)量的細(xì)胞（僅300多個），研究人員就能非常仔細(xì)地觀察每個細(xì)胞。這就好像每個人都不一樣，每個細(xì)胞也都有自己獨(dú)特的生物學(xué)特性，探索細(xì)胞間的細(xì)微差異或許就能告訴我們關(guān)于這些細(xì)胞是如何工作的相關(guān)信息。
新型生物標(biāo)志物或能幫助預(yù)測神經(jīng)元是否會進(jìn)行再生？
圖片來源：Neuron (2023). DOI:10.1016/j.neuron.2023.09.019
利用計(jì)算機(jī)算法來分析這些測序數(shù)據(jù)，研究人員就識別出了一種特殊的基因表達(dá)模式，其能幫助預(yù)測是否在損傷后單一神經(jīng)元最終能發(fā)生再生，這種模式還包括一些此前從未參與神經(jīng)元再生的基因，這就好像是神經(jīng)元再生的分子指紋一樣。為了驗(yàn)證相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，研究人員在26個已經(jīng)發(fā)表的單細(xì)胞RNA數(shù)據(jù)集中測試了這種分子指紋（再生分類器，Regeneration Classifier），這些數(shù)據(jù)集包括來自神經(jīng)系統(tǒng)不同部分和不同發(fā)育階段的神經(jīng)元。研究人員發(fā)現(xiàn)，除了少數(shù)例外，這種再生分類器能成功預(yù)測單個神經(jīng)元的再生潛能，并能重現(xiàn)此前研究中的已知趨勢，比如個體在出生后神經(jīng)元再生的急劇下降。通過對完全不同研究方向的多組數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證后，研究者發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)元再生的潛在生物學(xué)基礎(chǔ)，為此他們需要進(jìn)行更多的研究來完善當(dāng)前的方法，但他們認(rèn)為他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種模式或許適用于所有再生的神經(jīng)元。盡管在小鼠研究中得到了非常有希望的結(jié)果，但研究人員警惕道，目前再生分類器是一種特殊的工具，其能幫助神經(jīng)科學(xué)家進(jìn)行研究，而并不是臨床患者的診斷測試。
目前在臨床環(huán)境中使用單細(xì)胞測序仍然存在很多障礙，比如高成本、難以分析大量數(shù)據(jù)、最重要的是獲取感興趣的組織，目前研究人員非常感興趣深入研究如何在臨床前環(huán)境中利用這種再生分類器來預(yù)測新型再生療法的有效性，并幫助這些療法走向臨床試驗(yàn)。綜上，本文研究結(jié)果揭示了一種普遍的轉(zhuǎn)錄組學(xué)特征，其隱藏著巨大不同的神經(jīng)元群體的再生潛力，并闡明了僅對數(shù)百個表型識別神經(jīng)元的深度測序或許就能推動再生生物學(xué)的研究。（生物谷Bioon.com）
原始出處：
Hugo J. Kim,Junmi M. Saikia,Katlyn Marie A. Monte，et al. Deep scRNA sequencing reveals a broadly applicable Regeneration Classifier and implicates antioxidant response in corticospinal axon regeneration, Neuron (2023). DOI:10.1016/j.neuron.2023.09.019
