人类大脑在受伤之后，很难自行恢复，但墨西哥钝口螈不仅能再生四肢、尾巴、眼睛、皮肤以及肝脏等器官，甚至还可以再生大脑。它是蝾螈的一种，也叫六角恐龙，外形独特、可爱。
为什么墨西哥钝口螈可以再生大脑？在这个过程中，发生了哪些关键的变化？有哪些重要的细胞参与？它们又分别行使了哪些功能？
为解答这些问题，由华大生命科学研究院主导，联合来自3个国家的17个单位的科学家共同组成的研究团队分析比较了墨西哥钝口螈脑发育和再生过程，构建了全球首个墨西哥钝口螈脑再生时空图谱。
通过研究，科学家找到了墨西哥钝口螈脑再生过程中的关键神经干细胞亚群，描绘了此类干细胞亚群重构损伤神经元的过程，同时还发现其脑再生与发育过程具有一定的相似性，为认知脑结构和发育过程提供助力，为神经系统的再生医学研究和治疗提供新的方向。9月2日，相关成果以背靠背封面文章的形式发表于国际顶级学术期刊《科学》（Science）。
《科学》杂志封面
墨西哥钝口螈脑从青少年时期就特化出具空间区域特征的神经干细胞亚型
要了解大脑如何再生，科学家首先要了解大脑是如何发育来的。据悉，科学家们利用堪称超广角百亿像素“生命照相机”的时空组学技术Stereo-seq，在墨西哥钝口螈脑发育的6个重要时期，分别拍摄照片，这组照片就构成了墨西哥钝口螈的脑发育时空图谱。通过它们，科学家们能够看到墨西哥钝口螈脑在发育的过程中，各类神经元的分子特征以及空间分布动态变化。结果发现，墨西哥钝口螈脑从青少年时期就开始特化出具有空间区域特征的神经干细胞亚型。
那大脑受到损伤后再生的过程是如何的呢？研究团队对墨西哥钝口螈脑的皮层区域进行机械损伤手术，并在损伤后的第2、5、10、15、20、30及60天，利用时空组学技术Stereo-seq对大脑样本进行拍照，得到各个时间点的蝾螈脑再生图集，完整记录了墨西哥钝口螈大脑从损伤，到再生修复完成的过程。
蝾螈脑再生时空图谱
通过对比7个时期再生照片和过程中的伤口状态，研究团队发现，伤口区域在损伤早期就出现了新的神经干细胞亚群，这群重要的细胞由损伤区域附近的其他神经干细胞亚群在受到损伤刺激后转化而来，并在后续的再生过程中新生出神经元以填补损伤部位缺失的神经元。此外，虽然伤口处在修复早期便开始逐步被新生组织填充，但直到损伤后第60天，照片才显示损伤区域的细胞类型及空间分布恢复到了未损伤侧的状态。
通过对比墨西哥钝口螈脑发育和再生过程的神经元形成过程，科研人员发现这一过程在再生与发育过程中高度相似，提示脑损伤可能诱导了墨西哥钝口螈神经干细胞逆向转化，回到发育时期的年轻化状态，以启动再生过程。
研究蝾螈脑再生机制，可为人类神经系统损伤或退行性疾病的修复提供指导
选择蝾螈进行研究，不只是因为它强大的再生能力，论文的共同通讯作者、杭州华大生命科学研究院顾颖博士表示：“蝾螈在进化上相较于其他硬骨鱼类更高等，与哺乳动物脑结构具有更高的相似度。同时，它的基因编码序列与人类极其相似，研究蝾螈脑再生的启动机制，发现其中的关键基因，或将为人类神经系统损伤或退行性疾病的修复提供重要指导。”
蝾螈脑再生过程中的关键基因，在人类的基因序列中也存在。那为什么其没有像在蝾螈脑中一样发挥再生的作用？这或许是科学家下一步研究的课题。
技术的发展让本研究的推进成为可能。“本研究主要基于华大自主研发的时空组学技术Stereo-seq进行，其达到了纳米级亚细胞分辨率，结合蝾螈细胞体积大的优势，使得研究人员可以在时空单细胞分辨率上解析蝾螈脑再生这一过程的重要细胞类型，并追踪其细胞谱系变化的空间轨迹。”论文的第一作者、杭州华大生命科学研究院魏小雨博士介绍说。
“蝾螈脑发育及再生时空细胞图谱的构建，对于我们理解脑再生这一重要的生命过程、两栖类动物脑结构以及大脑结构的演化具有重要意义，为我们寻找有效的临床治疗方法，促进人类组织器官自我修复与再生提供了新的方向，也为物种进化研究提供了宝贵的数据资源。”论文的共同通讯作者、华大生命科学研究院院长徐讯表示，未来还将通过时空多组学技术去探究更多器官、更多物种的发育和再生过程，找到再生过程中的关键调控机制，助力人类再生医学的发展。
本次研究已通过伦理审查，严格遵循相应法规和伦理准则。实验使用的墨西哥钝口螈为实验室培养而来。
【记者】张秀娟
【作者】 张秀娟
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