人類腦細胞的單細胞轉(zhuǎn)錄組測序研究成果
人腦是由多種不同類別細胞組成的極其復(fù)雜的器官。傳統(tǒng)的細胞分類方法只能根據(jù)少數(shù)已知的細胞的標記分子（marker）對細胞進行分類，對每一類細胞的認識也非常有限。
由于人腦樣本難以獲得，長期以來，人們對于腦的認識，大多來源于非靈長類模式生物。然而人腦比小鼠等模式生物要復(fù)雜得多，單純研究模式生物，沒有辦法揭示與人腦復(fù)雜特性相關(guān)的細胞分子特征。
Stephen團隊發(fā)現(xiàn)，給癲癇患者手術(shù)過程中，為了使器械能深入患區(qū)，外科醫(yī)生需要剝離一小塊正常的大腦皮層組織。因此他們巧妙地利用8個癲癇患者手術(shù)過程中獲得的正常組織，作為后續(xù)單細胞測序的成年大腦皮層樣本。另外他們還從4個16-18周選擇性流產(chǎn)的胎兒身上，獲得了人胚胎期大腦皮層樣本。研究團隊利用Fluidigm C1單細胞制備系統(tǒng)，對這些樣本共482個單細胞進行了高通量轉(zhuǎn)錄組測序，數(shù)據(jù)進行質(zhì)控篩選后，共得到了466個單細胞的RNA測序數(shù)據(jù)。
“傳統(tǒng)的免疫熒光等技術(shù)，只能對單個細胞的1~2個基因進行檢測；用腦組進行高通量RNA測序，又只能粗略地了解該細胞群體整體的基因表達概況。我們采用單細胞測序的研究策略，能在單細胞水平對所有基因的表達水平進行檢測，將單細胞的分辨率與新一代測序的基因檢測廣度結(jié)合了起來。”文中寫到。
研究人員通過對單細胞測序結(jié)果進行分析，將成年腦皮層細胞分為8大類，胚胎的分為2大類。接著，他們又將其中113個神經(jīng)元細胞分為5個興奮性亞類和2個抑制性亞類。
“我們把利用單細胞測序數(shù)據(jù)得到的分類結(jié)果，與用經(jīng)典Marker進行細胞分類的結(jié)果進行了比較，發(fā)現(xiàn)兩者高度一致。這說明即使沒有先驗的分子Marker，完全可以利用單細胞測序的結(jié)果對細胞進行精確的類別細分”作者提到。
圖1. 人腦單細胞測序數(shù)據(jù)能進行精確的細胞分類
進一步的研究，Stephen團隊還發(fā)現(xiàn)了一系列未被報道的有趣現(xiàn)象：通過比較胚胎和成年大腦的單細胞測序結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)FAT3，EGR1等基因的表達水平，在神經(jīng)前體細胞分裂前后發(fā)生了劇烈地改變。另外，他們發(fā)現(xiàn)HLA等組織相容性復(fù)合物相關(guān)基因，確實表達于一神經(jīng)元亞類中，這顛覆了人們認為神經(jīng)元中不表達免疫分子的認知。并且他們還發(fā)現(xiàn)，不同類型神經(jīng)元在大腦皮層中的占比，人與小鼠有著不小的差異。
“如果測序樣本是群體細胞，這些現(xiàn)象很難被發(fā)現(xiàn)，這說明單細胞測序是一個強大的技術(shù)工具。”文中寫到。
圖2.部分人腦細胞表達組織相容性復(fù)合物相關(guān)基因
Stephen團隊的這些研究成功成果，為繪制人腦細胞圖譜的奠定了扎實的基礎(chǔ)。“有了這個圖譜，我們可以發(fā)現(xiàn)更多的細胞類型特異的標記分子（marker），并將其與特定的神經(jīng)環(huán)路聯(lián)系起來，最終將闡釋人類大腦的復(fù)雜奧秘”作者提到。
圖3. Fluidigm C1系統(tǒng)單細胞捕獲示意圖
原文：
A survey of human brain transcriptome diversity at the single cell level.
Darmanis S, Sloan SA, Zhang Y, Enge M, Caneda C, Shuerd LM, Gephart MGH, Barres BA,, and Quake SR. Proc Natl Acad Sci; 112(23):7285-90.(2015)
