脑科学协同创新中心神经干细胞研究新成果在《Cell》杂志发表

  5月21日,国际著名学术期刊《Cell》在线发表了脑科学协同创新中心PI、同济大学附属同济医院干细胞临床医学转化中心、同济大学医学院再生医学系、孙毅教授和李思光教授为共同通讯作者,罗玉萍教授、Volkan Coskun、梁爱斌教授、俞珏华、程黎明教授等为共同第一作者的研究论文“Single-cell transcriptome analyses reveal signals to activate dormant neural stem cells in the ependyma”。该研究将基础研究与临床医学紧密结合,瞄准临床医学领域神经再生难点的关键科学问题,采用单细胞转录组技术首次揭示了室管膜静息态神经干细胞激活的信号途径。自然《Nature》杂志将以“Signals to activate dormant neural stem cells identified”为题对此进行亮点介绍。该论文为同济医院干细胞研究团队继2013年在《Nature》杂志发表论文后又一重要成果,也是现代转化医学新模式下取得的又一项重大创新成果。

  该研究的一个重大创新意义是首次揭示中枢神经室管膜静息态神经干细胞激活的信号途径,为人类攻克神经系统损伤与退变等打下重要理论基础。

  神经干细胞是神经系统中的一类具有自我更新能力,能够分化产生神经组织中不同细胞类型的细胞。大量研究表明,哺乳动物中的成体神经发生贯穿整个生命过程,对于神经系统的发育、神经组织稳态的维持和损伤的修复起着重要的作用。神经干细胞的功能失调与许多神经退行性疾病的发生和发展密切相关。

由于成体神经干细胞数量稀少,所处环境复杂,使得在体识别、解析成体神经干细胞的分子特征及示踪成体干细胞的分化谱系面临巨大的挑战。该项研究采用单细胞转录组分析技术和权重基因共表达网络分析技术(WGCNA)研究成年小鼠前脑神经发生区的神经干细胞,揭示了室管膜区静息态神经干细胞、激活态神经干细胞及不同分化阶段神经细胞的表达谱特征,解析了神经干细胞激活的信号途径,发现VEGF信号通路参与了静息态神经干细胞的激活,这些研究成果为阐明哺乳动物成体神经发生的机制奠定了基础。

  迄今的研究表明,成体神经发生主要存在于脑内两个狭小的区域:侧脑室的室管膜下区(SVZ)和海马齿状回颗粒下区(SGZ)。本研究发现,除上述干细胞集中分布区外,整个中枢神经系统室管膜区域也存在丰富的神经干细胞。VEGF和bFGF可以促进这些神经干细胞的谱系分化和迁移,从而有可能促进神经系统的再生与修复。这些研究成果为基于内源性神经干细胞治疗神经系统退行性疾病及神经损伤提供了新的科学依据。

  该研究的另外一个重要创新是首次成功采用单细胞转录组技术测序与分析单个体细胞,为临床细胞治疗等精准医学构建了必要技术体系。

  该论文在研究团队2013年在《Nature》文章中采用单细胞转录组分析人类早期胚胎发育 (约430pg 总RNA/卵母细胞)的基础之上,对单细胞转录组分析的一些关键技术问题做了进一步的革新, 挑战了单个体细胞RNA总量小(约10pg total RNA) 而难于进行有效RNA测序的极限。 与之前的发表的工作不同,本研究做了RNA测序可重复性, 检测饱和度,及必要测序深度的考量。 该项成果及技术进步对单细胞RNA测序这个新兴技术在未来细胞生物学转化及应用于临床精准医学,包括脑科学研究、干细胞研究及肿瘤生物学等有至关重要的意义。

       

          图解:采用单细胞转录组技术揭示室管膜静息态神经干细胞激活的信号途径

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