摘要：加州大學圣地亞哥分校的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新的生物標志物，可以預測神經元在受傷后是否會再生。這一發(fā)現(xiàn)可以幫助科學家開發(fā)脊髓損傷和其他神經系統(tǒng)疾病的再生療法。

加州大學圣地亞哥分校醫(yī)學院的研究人員利用單細胞RNA測序(一種確定單個細胞中哪些基因被激活的方法)，發(fā)現(xiàn)了一種新的生物標志物，可用于預測神經元在損傷后是否會再生。他們在小鼠身上測試了他們的發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)這種生物標志物在整個神經系統(tǒng)和不同發(fā)育階段的神經元中始終是可靠的。這項研究發(fā)表在2023年10月16日的《Neuron》雜志上。

圖1 深層scRNA測序揭示了一種廣泛應用的再生分類器

要點

科學家們通過應用Garnett對深度單細胞RNA測序數據進行分類，成功開發(fā)出“再生分類器”

通過分析稀有再生的CST神經元，揭示了神經元再生過程中的重要差異

網絡分析強調了抗氧化反應和線粒體生物合成的重要性

條件性基因敲除證實了抗氧化反應主調節(jié)因子NFE2L2在CST神經元再生中的重要作用

摘要

研究人員將重點放在皮質脊髓束的神經元上，皮質脊髓束是中樞神經系統(tǒng)中幫助控制運動的關鍵部分。損傷后，這些神經元是最不可能再生軸突的，軸突是神經元用來相互交流的細長結構。這就是為什么大腦和脊髓的損傷是毀滅性的?？茖W家們通過深度測序技術成功揭示了神經元再生潛力的普遍轉錄組學特征，并強調了應用這一技術推動再生生物學發(fā)展的潛力。在過去的幾十年中，科學家們一直在努力了解中樞神經系統(tǒng)的軸突再生過程。然而，盡管我們在理解軸突再生的生物學機制方面取得了顯著進展，但我們在促進臨床中重要的皮質脊髓束（CST）在脊髓損傷后的再生能力方面仍然有限。為了深入了解這種再生異質性，科學家們對PTEN和SOCS3敲除后的稀有再生CST神經元進行了基于補丁的單細胞RNA深度測序。通過應用監(jiān)督分類算法Garnett，科學家們開發(fā)了一個“再生分類器”，該分類器可以廣泛預測不同神經元類型在不同發(fā)育階段或損傷情況下的再生潛力。

通過網絡分析，科學家們發(fā)現(xiàn)抗氧化反應和線粒體生物合成在網絡中被高度富集?？寡趸磻羌毎麘獙ρ趸瘧さ闹匾烙鶛C制，而線粒體生物合成是細胞能量生成的關鍵過程。這些發(fā)現(xiàn)提示我們，在神經元再生過程中，這些過程可能發(fā)揮重要作用。

為了驗證這一觀點，科學家們通過條件性基因敲除技術刪除了抗氧化反應的主要調節(jié)因子NFE2L2。結果顯示，NFE2L2的缺失顯著降低了CST神經元的再生能力，證實了NFE2L2在CST神經元再生中的關鍵作用。

這些數據展示了神經元再生過程中轉錄組學特征的普遍性，并強調了深度測序技術在揭示神經元再生機制方面的潛力。我們的研究結果為理解神經元再生的異質性以及開發(fā)新的再生策略提供了重要線索。

加州大學圣地亞哥分校醫(yī)學院神經科學系教授、通訊作者Binhai Zheng博士說:“單細胞測序技術正在幫助我們比以往任何時候都更詳細地研究神經元的生物學，這項研究確實證明了這種能力。我們在這里發(fā)現(xiàn)的可能只是基于單細胞數據的新一代復雜生物標志物的開始?！?/div>