人脑真的只能开发10%吗？在电影《超体》中，女主角露西错误地开发了100%的脑潜能。随着身体的飞速进化，她掌握了越来越多的超能力：瞬间掌握外语、利用脑电波移动空间中的物体、随意改变物体的形状……如果你想要大脑神经元要不断发育，就有可能是我们的脑细胞具有再生能力。目前，世界上唯一可以再生大脑的生物就是傻傻可爱的“野兽”蝾螈。但是人类能实现大脑再生吗？近日，华大生命科学研究所团队完成了首个蝾螈脑再生时空图谱，揭示了脑损伤如何自愈。这是全球首个脑再生时空图集，研究成果发表于9月2日的《科学》杂志封面。首个脑再生时空图集提到了再生能力，蜥蜴再生尾巴也就不足为奇了。此外，蝙蝠的翅膀、斑马鱼的心脏、鲨鱼的牙齿、海星的四肢……都可以再生。仅再生生物“大脑”的能力就让科学家着迷。这种单细胞立体序列揭示了参与蝾螈脑再生的诱导祖细胞，向我们介绍了蝾螈脑再生的时空图。论文地址：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abp9444研究脑再生，需要找到合适的模型进行研究。最终，研究团队选择了蝾螈，这是世界上唯一可以再生大脑的生物。它是蝾螈的一种，也被称为“六角恐龙”。除了可以再生四肢、尾巴、眼睛、皮肤和肝脏，大脑也可以再生。蝾螈端脑的发育和再生可以被科学家作为研究再生相关问题的重要模式生物。这里不得不提到本研究的关键技术——Stereo-seq。借助这项技术，科学家们可以拍摄出清晰可见蝾螈大脑发育六个重要时期细胞分子变化的照片，形成一幅蝾螈大脑发育的时空图谱。大脑再生需要以时间和区域特定的方式协调复杂的反应。识别参与这一过程的细胞类型和分子将促进科学家对大脑再生的理解。然而，这一领域的进展一直受到哺乳动物大脑有限的再生能力以及对细胞和分子水平再生过程潜在机制的不完全理解的阻碍。而前面提到的蝾螈可以再生受损的附肢和多个内部器官，包括大脑。因此，这种蝾螈成为了科学家研究大脑再生的理想模型。为了了解大脑再生的机制，科学家们还需要能够进行大规模数据采集和分析以同时解码复杂的细胞和分子反应的研究工具。首先，科学家们认为，如果在研究中比较大脑再生和发育的过程，将有助于提供对大脑再生本质的新认识。因此，研究团队切除了轴形动物左侧端脑外侧腭区的一小部分，并收集了再生过程各个阶段的组织样本。然后在多个发育阶段收集来自轴突动物端脑的组织样本。接下来，研究人员使用高分辨率和大视野Stereo-seq技术从覆盖端脑Axenocaurus两个半球的切片生成单细胞分辨率的空间转录组学数据。分析了细胞类型注释、细胞空间组织、基因活动动力学和细胞状态转换，并将损伤诱导再生的机制研究与发育过程中的这些细胞属性进行了比较。使用Stereo-seq，科学家们生成了一组端脑切片的空间转录组数据，涵盖蝾螈的六个发育阶段和七个损伤诱导再生阶段。单细胞分辨率的数据使研究人员能够识别发育过程中存在的33种细胞类型和参与再生的28种细胞类型，包括不同类型的兴奋性和抑制性神经元，以及外胚层细胞的几种亚型。在发育方面，数据揭示了一种原始类型的上皮细胞，它可能会产生三种成年上皮细胞亚群，分布在心室区的不同区域，具有不同的分子特征和潜在功能。在再生方面，研究小组确定了一个上皮细胞亚群，该亚群可能起源于因损伤而激活的本地常驻上皮细胞。然后，这部分细胞可能会增殖以覆盖伤口区域，并随后通过状态转变为中间祖细胞、未成熟神经元和最终成熟神经元来补充丢失的神经元。在比较发育和再生之间轴突动物端脑的细胞和分子动力学时，科学家们发现损伤诱导的上皮细胞在转录组状态上与发育阶段特异性上皮细胞相似。同时，研究团队还观察到轴突动物端脑的再生在分子级联和潜在的细胞系转换方面表现出与发育中相似的神经发生模式，表明大脑再生部分再现了发育过程。空间转录组数据突出了轴突动物端脑在发育和损伤诱导再生过程中的细胞和分子特征。进一步表征上皮细胞的激活和功能调节可能会深入了解提高哺乳动物大脑的再生能力。研究团队对四足动物端脑单细胞空间转录组的研究，为进一步研究发育、再生和进化脑生物学提供了有用数据。大脑再生成为现实？要知道，人脑有860亿个神经元相互连接。该论文的共同通讯作者、华大研究院副院长顾印博士表示，以蝾螈为模式生物，我们确定了大脑再生过程中的关键细胞类型。这一发现将为哺乳动物神经系统的再生医学提供新的思路和指导。因此，中枢神经系统再生医学的一个主要目标是不仅要重建神经元的空间结构，还要重建其组织内连接的特定模式。在未来的研究中，重建大脑的3D结构并了解再生过程中各个大脑区域的系统反应将非常重要。长期以来，科学家们一直梦想通过绘制整个大脑神经网络的结构图来了解神经系统的工作原理。例如，2019年，谷歌首次重建了果蝇大脑神经元的3D模型，并于次年公布了果蝇“半脑”连接组。今天，他们发布了人脑成像数据集。通过这个数据集，人们可以看到1.3亿个突触和数万个神经元的样本，可以帮助人们了解大脑的3D结构。除了蝾螈，科学家们还首次利用时空组学技术，绘制出了小鼠、斑马鱼、果蝇、拟南芥四种模式生物胚胎发育或器官的时空图谱。目前，该研究成果已发表在Cell及其附属期刊DevelopmentalCell上。网友们看好这项大脑再生研究的未来发展。
