Cell：大型人類大腦基因圖譜

日期：2012-04-16 09:01:40

艾倫腦科學研究所的科學家們近日在新研究中對人類和小鼠大腦的細胞和分子構成進行了解析，通過分析大腦中約1000種基因的表達鑒別了人類大腦不同區域間、人類個體大腦間，以及人類與小鼠大腦間的相似與不同之處。該研究成果在線發布在4月13日的《細胞》（Cell）雜志上。

該研究顯示人類個體間具有高度的相似性。在大腦三個特定區域檢測的近1000種基因中只有5%在人類個體間顯示出表達差異。此外，將這一數據集與艾倫小鼠大腦圖譜（Allen Mouse Brain Atlas）中的數據比較，證實在人類與小鼠間存在極大的一致性，人類視覺皮質與小鼠同一區域共享79%的基因表達。

該數據集通過艾倫大腦圖譜數據門戶（ALLEN Brain Atlas data portal，www.brain-map.org）對公眾開放，有望推動各科學團體進一步的研究發現。具體而言，它包含了大約1000種基因詳細的、分子水平原位雜交基因表達數據，這些基因被證實在幾個無疾病成年人大腦（包括男性和女性）的兩個不同皮質區中參與了疾病或神經功能。

在本研究中分析的基因可以分為三類：皮質中的細胞類型的標志基因；特定神經功能或中樞神經系統疾病相關基因；以及對理解不同物種神經進化有價值的基因。

人類的大腦

發布的分析結果揭示出人類皮質（復雜信息處理區）的不同區域，尤其是顳葉皮層和視覺皮質之間的基因表達具有高度一致性。在這些區域中表達的大部分基因，84%顯示出皮質區間的一致的表達模式。這一研究發現支持了整個皮質運用共同的組織和功能原則這一假說，因此詳細研究某一區域——例如視覺皮質——為揭示整個大腦運行機制帶來了希望。該研究還顯示了人類個體間基因表達的廣泛保守性。在研究分析的基因中，只有46個（5%）基因在個體、無疾病人類大腦間顯示出差異表達。

物種間差異

準確性可能受限之處具有至關重要的意義。總體而言，這些研究結果表明兩個物種間的基因表達具有良好的保守性。不過盡管大部分基因表達相似，研究作者也報道了一些顯著的差異。

研究結果揭示了每個物種特異性的不同的分子標記。追蹤這些歸屬于特定細胞類型的基因，研究作者指明了每種皮質細胞類型獨特的分子標記。這些分子標記或可反映及促成物種特異性功能。

根據該研究的結果，在視覺皮質只有21%的基因表達顯示出人類和小鼠間差異，而這些差異的特性或能揭示出更多關于人類獨特性的信息。盡管所觀察在疾病和進化類別中的基因間差異很小，然而在細胞類型類別中基因卻顯示出顯著的差異，其中大量的基因已知與細胞間的溝通有關。這些數據表明細胞內溝通或是人類獨特大腦功能的一個關鍵環節。

推動該領域

到目前為止，其他檢測人類基因表達的研究或是針對大腦的分割區域，或是一套選擇性的基因，缺乏特異的解剖信息。這一人類大腦數據集同艾倫小鼠大腦圖譜及已經發布的數以百計的研究一樣，利用數據證實將高分辨率、細胞水平的空間信息與基因表達分析研究相結合，將幫助科學家們獲取更多關于促成細胞類型、神經回路以及最終大腦功能的基因的信息。