神經(jīng)系統(tǒng)結構和功能復雜。基于單細胞技術對大腦不同組織進行解析，可以從細胞水平上了解神經(jīng)系統(tǒng)的結構、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行 scRNA seq[Zhong S et al. Nature. 2018]，鑒 定了 6 種主要神經(jīng)細胞中的 35 個細胞亞型及這些細胞的發(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的發(fā)育提供了一個藍圖，系統(tǒng)剖析了前額葉皮質功能的細胞基礎和分子調控機制。
圖 2-4 基于單細胞數(shù)據(jù)分析預測的人類前額葉皮質細胞的發(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，使用單細胞技術對神經(jīng)發(fā)育軌跡和衰 老過程等進行了研究（表 2-8）。
表 2-8 腦區(qū)和神經(jīng)組織的單細胞研究
神經(jīng)細胞分
大腦包含高度復雜的神經(jīng)細胞類型和細胞亞型 [Fuzik Jet al. Nat Biotechnol. 2016]。scRNA- seq 可用于識別神經(jīng)細胞類型和亞型，并發(fā)現(xiàn)新的細胞特異性標記。
中科院神經(jīng)所張旭院士團隊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)元進行 分類 [Li C et al. Cell Research. 2016]，采用微流控 scRNA-seq 和熒光活化細胞分離對紋狀體進行 分析，發(fā)現(xiàn)了不同的細胞亞群 [Gokce O et al. Cell Rep. 2016]；同時發(fā)現(xiàn)新的基因標記可區(qū)分中 棘神經(jīng)元的不同細胞亞群。其他物種的神經(jīng)組織或大腦組織也從單細胞水平上進行了分類和特征鑒定（表 2-9）。
表 2-9 神經(jīng)細胞的單細胞研究
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)細胞的衰老和功能退化有關，單細胞技術有助于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的機制研究。單細胞技術可用于評估體細胞突變對神經(jīng)系統(tǒng)的影響。胎兒神經(jīng)前體細胞的 scDNA-seq 發(fā)現(xiàn)，發(fā)育過程中的氧化損傷導致細胞突變率增加 [Bae T, et al. Science. 2018]；老年人神經(jīng)細胞的體細胞 突變與衰老過程、腦區(qū)特異性突變和氧化損傷的 DNA 修復相關，暗示致病性體細胞突變也可導致神經(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)疾病有關的細胞進行單細胞研究，可以為疾病治療提供參考方向。對大腦干細胞進行 scRNA-seq [Kalamakis G et al. Cell 2019]，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)干細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)干細胞活性。因此理論上，清除抑制神經(jīng)干細胞活性的物 質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）患者腦細胞的單細胞研 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)疾病的單細胞研究
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