英文標題：Single-cell spatial transcriptome reveals cell-type organization in the macaque cortex

中文題(ti)目：單細胞空(kong)間轉錄組(zu)揭示獼猴皮(pi)層中的細胞類型(xing)分布

期刊：Cell

影(ying)響(xiang)因子：42.5

發表時(shi)間(jian)：2023-07-12

DOI：10.1016/j.cell.2023.06.009

靈(ling)長(chang)類(lei)動物的大(da)(da)腦(nao)(nao)是最為(wei)復雜(za)的器官，其中(zhong)大(da)(da)腦(nao)(nao)皮質是靈(ling)長(chang)類(lei)腦(nao)(nao)中(zhong)最為(wei)龐大(da)(da)和(he)(he)發達的一(yi)塊神經組織，它(ta)負責調節(jie)多種(zhong)高級功(gong)能(neng)(neng)，包括感(gan)覺、語言和(he)(he)行為(wei)等，闡(chan)明大(da)(da)腦(nao)(nao)皮層(ceng)的細胞組成對(dui)于理解腦(nao)(nao)結構與功(gong)能(neng)(neng)至關重要(yao)。本文(wen)通過(guo)獼猴(hou)皮層(ceng)區域(yu)進(jin)行snRNA -seq和(he)(he)空間轉錄組分(fen)(fen)析，從而研究皮質細胞的多樣(yang)性和(he)(he)空間組織模式，為(wei)理解靈(ling)長(chang)類(lei)大(da)(da)腦(nao)(nao)的進(jin)化、發育、衰老和(he)(he)發病(bing)機制提供了細胞和(he)(he)分(fen)(fen)子基(ji)礎。

Highlights

1、構建獼猴大腦皮(pi)層264 種細胞類(lei)型(xing)的綜合圖譜，并描繪它們(men)在整個皮(pi)層的空間分布

2、揭示(shi)獼猴(hou)細胞在大腦皮(pi)層(ceng)層(ceng)級與區域偏好

3、跨(kua)物(wu)種（人、鼠）分(fen)析揭示了在L4層(ceng)富集(ji)的靈(ling)長類特異性細胞(bao)類型(xing)

研(yan)究材料與研(yan)究方(fang)法(fa)

研究材料：食蟹獼猴

研究方法：單細胞轉錄組(zu)測(ce)序(xu)、空間轉錄組(zu)測(ce)序(xu)、RNAscope

研究結(jie)果(guo)

1、單細胞+空間轉(zhuan)錄組，繪(hui)制獼猴大腦(nao)皮質層圖譜

研究(jiu)者利用(yong)單(dan)細(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)和(he)(he)空間轉錄組(zu)測(ce)序(xu)數據，將大(da)腦皮層細(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)進行了三級(ji)(ji)分(fen)(fen)型(xing)(xing)(xing)。一級(ji)(ji)分(fen)(fen)型(xing)(xing)(xing)包(bao)括(kuo)(kuo)(kuo)了谷氨酸(suan)能神經(jing)(jing)元(yuan)(yuan)、GABAergic神經(jing)(jing)元(yuan)(yuan)和(he)(he)非(fei)神經(jing)(jing)元(yuan)(yuan)細(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)。二級(ji)(ji)則是對(dui)一級(ji)(ji)分(fen)(fen)型(xing)(xing)(xing)中(zhong)的細(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)類(lei)型(xing)(xing)(xing)進行了亞(ya)群細(xi)(xi)(xi)(xi)分(fen)(fen)，其(qi)中(zhong)谷氨酸(suan)能神經(jing)(jing)元(yuan)(yuan)通(tong)過其(qi)在空間轉錄組(zu)的層分(fen)(fen)布偏好注(zhu)釋(shi)，包(bao)括(kuo)(kuo)(kuo)L2、L2/3、L2/3/4、L3/4、 L3/4/5、L4、L4/5、L4/5/6、L5/6 和(he)(he) L6等；GABAergic神經(jing)(jing)元(yuan)(yuan)亞(ya)型(xing)(xing)(xing)根據marker基因(yin)注(zhu)釋(shi)，包(bao)括(kuo)(kuo)(kuo)SST、PV、VIP、CHC、RELN等。非(fei)神經(jing)(jing)元(yuan)(yuan)細(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)由marker基因(yin)注(zhu)釋(shi)了星形膠(jiao)質細(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)、少(shao)突膠(jiao)質前體細(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao) 、少(shao)突膠(jiao)質細(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)、小膠(jiao)質細(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)、內(nei)皮細(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)和(he)(he)血管軟腦膜細(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)。三級(ji)(ji)分(fen)(fen)型(xing)(xing)(xing)則是對(dui)二級(ji)(ji)分(fen)(fen)型(xing)(xing)(xing)的細(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)類(lei)型(xing)(xing)(xing)進一步細(xi)(xi)(xi)(xi)化，在整個大(da)腦皮質143個區域上(shang)共(gong)鑒定出264個細(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)簇。通(tong)過單(dan)細(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)和(he)(he)空間轉錄組(zu)信息相結合，最(zui)終獲得(de)了獼猴大(da)腦皮層的細(xi)(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)(bao)類(lei)型(xing)(xing)(xing)圖譜。

2、獼猴(hou)大腦(nao)皮層不同細胞(bao)類型的空(kong)間分布(bu)

利用stereo-seq對獼猴大(da)腦(nao)皮層進行了(le)空(kong)間轉錄(lu)組(zu)測序，并(bing)使用自(zi)主開(kai)發的(de)AI自(zi)動分割算法進行單(dan)細胞(bao)識別。隨后，研究人(ren)員基(ji)于弱監督神經網絡模型構建了(le)從單(dan)細胞(bao)到空(kong)間細胞(bao)類型遷移(yi)注釋的(de)分類器，將(jiang)snRNA-seq上鑒定的(de)264類細胞(bao)類型注釋到空(kong)間組(zu)單(dan)細胞(bao)上，為(wei)三只猴構建了(le)單(dan)細胞(bao)解析的(de)細胞(bao)類型3D皮質圖譜(pu)。

通(tong)過對Stereo-seq 圖譜(pu)的(de)(de)分析，研究人員發現(xian)(xian)可(ke)以通(tong)過細(xi)胞(bao)(bao)組成(cheng)區(qu)分9個(ge)主要的(de)(de)皮(pi)(pi)質(zhi)(zhi)(zhi)葉(xie)。由于相(xiang)互(hu)靠近的(de)(de)細(xi)胞(bao)(bao)往往具(ju)有更高形成(cheng)突觸連接的(de)(de)可(ke)能，細(xi)胞(bao)(bao)類(lei)型在空間上的(de)(de)局部混合很可(ke)能表(biao)明局部神經環路(lu)的(de)(de)差異(yi)(yi)源于細(xi)胞(bao)(bao)組成(cheng)。因此，研究人員量化分析了各(ge)個(ge)皮(pi)(pi)質(zhi)(zhi)(zhi)層中局部細(xi)胞(bao)(bao)類(lei)型組成(cheng)的(de)(de)“鄰(lin)域復(fu)雜性”，發現(xian)(xian)細(xi)胞(bao)(bao)類(lei)型在不同(tong)的(de)(de)皮(pi)(pi)質(zhi)(zhi)(zhi)層和區(qu)域上確(que)實(shi)會表(biao)現(xian)(xian)出鄰(lin)域組成(cheng)的(de)(de)特異(yi)(yi)性，如較(jiao)深皮(pi)(pi)質(zhi)(zhi)(zhi)層的(de)(de)復(fu)雜性高于表(biao)層，且皮(pi)(pi)質(zhi)(zhi)(zhi)區(qu)域之間也存在著明顯差異(yi)(yi)。

3、細(xi)胞類型(xing)組(zu)成和分(fen)布與皮(pi)質層級結構的(de)關聯(lian)

基于Stereo-seq細胞(bao)類型圖譜，研究人(ren)員通(tong)過分(fen)析(xi)皮質腦(nao)(nao)區(qu)間的(de)細胞(bao)密度差異，發現(xian)細胞(bao)密度和層(ceng)次水平之間存(cun)在顯著負相關，即較高級別腦(nao)(nao)區(qu)細胞(bao)密度較低。

進(jin)一(yi)(yi)步的分(fen)析顯著表現出層(ceng)級(ji)依(yi)賴(lai)性變化的細(xi)胞(bao)(bao)(bao)類型，發(fa)現其(qi)中許(xu)多表現出負相(xiang)(xiang)關(guan)且普遍存在的谷氨酸(suan)能神(shen)經(jing)(jing)(jing)元(yuan)(yuan)會優先定位于早期感覺通路。這(zhe)些細(xi)胞(bao)(bao)(bao)的marker基(ji)因(yin)與鈣(gai)離子結合(he)、跨突(tu)觸信號傳導(dao)和離子通道活性相(xiang)(xiang)關(guan)。相(xiang)(xiang)反，只(zhi)有一(yi)(yi)個(ge)GABAergic神(shen)經(jing)(jing)(jing)元(yuan)(yuan)細(xi)胞(bao)(bao)(bao)類型與分(fen)層(ceng)水(shui)(shui)平均顯示為負相(xiang)(xiang)關(guan)。相(xiang)(xiang)反，4個(ge)谷氨酸(suan)能神(shen)經(jing)(jing)(jing)元(yuan)(yuan)，5個(ge)GABAergic神(shen)經(jing)(jing)(jing)元(yuan)(yuan)和1種非神(shen)經(jing)(jing)(jing)元(yuan)(yuan)細(xi)胞(bao)(bao)(bao)類型顯示出與分(fen)層(ceng)水(shui)(shui)平呈正相(xiang)(xiang)關(guan)的分(fen)布(bu)。這(zhe)些結果提示了獼(mi)猴(hou)大腦中細(xi)胞(bao)(bao)(bao)組織的一(yi)(yi)般規(gui)律(lv)。

4、谷(gu)氨酸能神(shen)經元的空間組織(zhi)模式

谷(gu)(gu)(gu)(gu)氨(an)(an)(an)酸(suan)能(neng)(neng)神(shen)經元(yuan)是(shi)(shi)神(shen)經元(yuan)細胞(bao)中比例最(zui)大的(de)(de)細胞(bao)，并在(zai)不同區(qu)(qu)(qu)域表現(xian)出明顯的(de)(de)層偏好，這與之前在(zai)小(xiao)鼠和靈長類(lei)動(dong)物中的(de)(de)發(fa)現(xian)一致。基(ji)于細胞(bao)密度(du)計算，作者發(fa)現(xian)所有谷(gu)(gu)(gu)(gu)氨(an)(an)(an)酸(suan)能(neng)(neng)細胞(bao)類(lei)型(xing)(xing)都沿A-P梯度(du)表現(xian)出一定程度(du)的(de)(de)優先分布(bu)。進一步研究了(le)(le)每種谷(gu)(gu)(gu)(gu)氨(an)(an)(an)酸(suan)能(neng)(neng)細胞(bao)類(lei)型(xing)(xing)的(de)(de)區(qu)(qu)(qu)域分布(bu)，不同谷(gu)(gu)(gu)(gu)氨(an)(an)(an)酸(suan)能(neng)(neng)細胞(bao)類(lei)型(xing)(xing)高度(du)局限于特定的(de)(de)皮(pi)質(zhi)(zhi)區(qu)(qu)(qu)域，這些區(qu)(qu)(qu)域特異性谷(gu)(gu)(gu)(gu)氨(an)(an)(an)酸(suan)能(neng)(neng)細胞(bao)類(lei)型(xing)(xing)也(ye)顯示了(le)(le)V1、F1和顳極區(qu)(qu)(qu)域的(de)(de)明顯鄰域組成簇和層特異性。綜上所述(shu)，谷(gu)(gu)(gu)(gu)氨(an)(an)(an)酸(suan)能(neng)(neng)細胞(bao)類(lei)型(xing)(xing)在(zai)獼猴皮(pi)質(zhi)(zhi)中的(de)(de)分布(bu)具有層和區(qu)(qu)(qu)域特異性。鑒于谷(gu)(gu)(gu)(gu)氨(an)(an)(an)酸(suan)受體(ti)對(dui)于驅動(dong)皮(pi)質(zhi)(zhi)電路中的(de)(de)信息處理至關重要，并且在(zai)許(xu)多腦部疾病中是(shi)(shi)有效的(de)(de)藥(yao)物靶點，作者進一步繪制(zhi)了(le)(le)這些基(ji)因(yin)的(de)(de)空間分布(bu)圖，發(fa)現(xian)許(xu)多谷(gu)(gu)(gu)(gu)氨(an)(an)(an)酸(suan)能(neng)(neng)受體(ti)基(ji)因(yin)的(de)(de)表達水平與各(ge)種皮(pi)質(zhi)(zhi)區(qu)(qu)(qu)域的(de)(de)層次水平呈正相關。綜合表明，谷(gu)(gu)(gu)(gu)氨(an)(an)(an)酸(suan)能(neng)(neng)受體(ti)基(ji)因(yin)的(de)(de)協(xie)調表達模式可能(neng)(neng)是(shi)(shi)不同大腦區(qu)(qu)(qu)域突觸(chu)功能(neng)(neng)和可塑(su)性差(cha)異的(de)(de)分子(zi)基(ji)礎(chu)。

5、GABAergic神經(jing)元(yuan)的空間組(zu)織(zhi)模(mo)式

作者接(jie)著探索(suo)了(le)GABAergic神(shen)經元細(xi)胞(bao)空間(jian)定位，發現RELN亞(ya)群主要位于(yu)L1/2，而(er)LAMP5、VIP和(he)VIP_RELN亞(ya)群則主要位于(yu)L2/3/4富集(ji)。PV和(he)SST亞(ya)類(lei)分布(bu)在(zai)L2至L6， CHC亞(ya)類(lei)在(zai)L2和(he)L4富集(ji)。所(suo)有GABAergic神(shen)經元細(xi)胞(bao)分布(bu)在(zai)9個皮(pi)(pi)(pi)層(ceng)葉(xie)中，具(ju)有不同(tong)程度的(de)特異性：視覺皮(pi)(pi)(pi)層(ceng)中GABAergic神(shen)經元的(de)比例(li)較(jiao)(jiao)低(di)（V1-V4）；PV亞(ya)型在(zai)運動(dong)皮(pi)(pi)(pi)質（F1-F7）和(he)嗅(xiu)內區較(jiao)(jiao)高；CHC、RELN和(he)VIP亞(ya)類(lei)在(zai)前(qian)額葉(xie)和(he)扣(kou)帶皮(pi)(pi)(pi)層(ceng)突出。在(zai)人類(lei)皮(pi)(pi)(pi)層(ceng)中也(ye)發現了(le)類(lei)似的(de)CHC細(xi)胞(bao)分布(bu)。

作者在(zai)獼猴(hou)皮(pi)(pi)層(ceng)中(zhong)(zhong)發現了兩(liang)組表現出(chu)“互補豐度(du)”的(de)(de)SST細(xi)胞類型：第(di)一組在(zai)額葉(xie)前部和(he)扣帶回(hui)皮(pi)(pi)層(ceng)中(zhong)(zhong)密(mi)度(du)較高，而第(di)二組主要在(zai)枕葉(xie)和(he)頂葉(xie)皮(pi)(pi)層(ceng)中(zhong)(zhong)分(fen)布(bu)。第(di)一組在(zai)L2和(he)L5層(ceng)中(zhong)(zhong)表現出(chu)較高的(de)(de)密(mi)度(du)，而第(di)二組僅在(zai)L2層(ceng)中(zhong)(zhong)達(da)到峰值。這(zhe)(zhe)兩(liang)個SST細(xi)胞組也在(zai)基(ji)因表達(da)模式(shi)和(he)GO條(tiao)目上有所(suo)不同(tong)。根據(ju)這(zhe)(zhe)些SST細(xi)胞組的(de)(de)相對(dui)密(mi)度(du)，所(suo)有143個皮(pi)(pi)層(ceng)區域可以分(fen)為9個皮(pi)(pi)層(ceng)葉(xie)。

CHC 神經(jing)元對錐(zhui)體神經(jing)元的(de)(de)軸突初(chu)始段具有支配作用，能(neng)夠調控神經(jing)元沖動的(de)(de)特(te)性。研究人(ren)員對這類神經(jing)元進(jin)行了進(jin)一步解析(xi)，發現 CHC1、CHC2 亞型在標(biao)記基(ji)因的(de)(de)表達、空間(jian)定位(wei)以及鄰域組成等方面，與(yu) CHC3 亞型存在精(jing)細的(de)(de)差異。綜合(he)來看，不同(tong)的(de)(de) CHC 細胞(bao)會與(yu)不同(tong)的(de)(de)谷氨酸能(neng)細胞(bao)形成不同(tong)的(de)(de)局部(bu)環路(lu)，進(jin)而(er)影響神經(jing)活動。

由于負(fu)責控制(zhi)輸(shu)出的(de)(de)(de)(de) PV 神(shen)經(jing)(jing)(jing)元(yuan)與負(fu)責控制(zhi)輸(shu)入的(de)(de)(de)(de) SST 神(shen)經(jing)(jing)(jing)元(yuan)的(de)(de)(de)(de)比例(li)，會造成(cheng)不(bu)同腦區局部(bu)環路的(de)(de)(de)(de)差異，研究人(ren)員專門檢查了 PV 與 SST 的(de)(de)(de)(de)平衡模(mo)式。第(di)一主成(cheng)分分析顯(xian)示，皮質區域(yu)內 PV 和(he)(he) SST 神(shen)經(jing)(jing)(jing)元(yuan)的(de)(de)(de)(de)組成(cheng)精細程度(du)，與感(gan)覺系(xi)統的(de)(de)(de)(de)層(ceng)級結構水平高度(du)相(xiang)關，這(zhe)意味著具有(you)胞體和(he)(he)樹突靶向特(te)性的(de)(de)(de)(de) PV 與 SST 神(shen)經(jing)(jing)(jing)元(yuan)受到嚴格(ge)調(diao)控，以支持各(ge)類感(gan)覺系(xi)統的(de)(de)(de)(de)功能。此外，PV/SST 神(shen)經(jing)(jing)(jing)元(yuan)中神(shen)經(jing)(jing)(jing)遞質和(he)(he)神(shen)經(jing)(jing)(jing)調(diao)節(jie)受體的(de)(de)(de)(de)基因(yin)表達(da)，與兩個感(gan)覺系(xi)統的(de)(de)(de)(de)層(ceng)次水平存在顯(xian)著相(xiang)關性，這(zhe)表明 PV 和(he)(he) SST 在神(shen)經(jing)(jing)(jing)網絡處理(li)的(de)(de)(de)(de)多個階段(duan)中，具有(you)響應局部(bu)調(diao)節(jie)的(de)(de)(de)(de)特(te)點。

6、非神經元細胞的空(kong)間組(zu)織模式

在(zai)單細(xi)胞(bao)數據中確定了6個非神經元(yuan)細(xi)胞(bao)類型(xing)。這些非神經元(yuan)細(xi)胞(bao)類型(xing)也顯示了跨皮質(zhi)區域的(de)(de)優(you)先分(fen)層定位(wei)。例如，EC和(he)VLMC細(xi)胞(bao)類型(xing)主要分(fen)布在(zai)L1層，OLG細(xi)胞(bao)在(zai)L6層中富集，而ASC分(fen)布在(zai)整個皮質(zhi)層中，且幾乎所有ASC類型(xing)都高(gao)表達了谷(gu)氨酸(suan)轉運蛋(dan)白和(he)GABA轉運蛋(dan)白。值得注(zhu)意的(de)(de)是(shi)，研究者還確定了兩(liang)組(zu)ASC，它們(men)分(fen)別主要位(wei)于L1和(he)L6中。這兩(liang)組(zu)的(de)(de)基因(yin)表達模式也有所區別。進(jin)一步的(de)(de)分(fen)析顯示，谷(gu)氨酸(suan)能受體基因(yin)在(zai)第(di)二組(zu)ASC中表達水平更高(gao)。因(yin)此(ci)，具有不同定位(wei)的(de)(de)特(te)定ASC類型(xing)可能在(zai)獼猴(hou)大腦中服務于不同的(de)(de)皮質(zhi)功能。

在細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)類型的(de)(de)(de)(de)全局解析中(zhong)，研究人員確定(ding)(ding)了兩組分(fen)別定(ding)(ding)位(wei)在 L1和L6皮質(zhi)層的(de)(de)(de)(de)ASC細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)類型，L6富(fu)集的(de)(de)(de)(de)ASC中(zhong)出現較高(gao)水平(ping)的(de)(de)(de)(de)谷氨酸能受體基因表(biao)達，提示ASC類型對支持皮質(zhi)功能的(de)(de)(de)(de)潛在貢獻。對OLG的(de)(de)(de)(de)分(fen)析也獲得了類似(si)的(de)(de)(de)(de)發現，兩種OLG細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)群(qun)分(fen)別沿A-P軸的(de)(de)(de)(de)內側和后部區域集中(zhong)分(fen)布。值得注意的(de)(de)(de)(de)是，研究人員發現了一(yi)類在F1腦區存(cun)在明顯富(fu)集的(de)(de)(de)(de)OLG.7 ANLN/MOBP細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)類型。由于周(zhou)圍少突膠質(zhi)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)為其周(zhou)圍的(de)(de)(de)(de)神經元(yuan)提供(gong)代謝支持，F1富(fu)集的(de)(de)(de)(de)OLG細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)類型可以滿(man)足(zu)該區域神經元(yuan)沖動時更高(gao)的(de)(de)(de)(de)能量需求。綜合表(biao)明，獼猴(hou)大(da)腦皮質(zhi)中(zhong)這些非神經細(xi)(xi)(xi)胞(bao)(bao)類型具(ju)有腦區和皮質(zhi)層中(zhong)功能特異(yi)的(de)(de)(de)(de)特性。

7、與其他物種(zhong)相比，靈長類(lei)動物細胞類(lei)型具有特異性

為了(le)(le)探索靈長類(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)動(dong)物(wu)皮(pi)(pi)質中(zhong)(zhong)是(shi)否(fou)會(hui)出現(xian)新的(de)(de)(de)(de)細(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)胞類(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)型，作者比較(jiao)了(le)(le)獼(mi)(mi)(mi)猴(hou)與(yu)人(ren)(ren)類(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)和小(xiao)(xiao)鼠(shu)(shu)皮(pi)(pi)層的(de)(de)(de)(de)單細(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)胞數據。跨(kua)物(wu)種(zhong)的(de)(de)(de)(de)比較(jiao)表(biao)(biao)明，獼(mi)(mi)(mi)猴(hou)與(yu)人(ren)(ren)類(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)共享的(de)(de)(de)(de)每個(ge)(ge)亞類(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)標(biao)記基(ji)因(yin)的(de)(de)(de)(de)數量多于(yu)與(yu)小(xiao)(xiao)鼠(shu)(shu)共享的(de)(de)(de)(de)標(biao)記基(ji)因(yin)的(de)(de)(de)(de)數量。在(zai)(zai)人(ren)(ren)類(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)、獼(mi)(mi)(mi)猴(hou)和小(xiao)(xiao)鼠(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)所(suo)有(you)8個(ge)(ge)細(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)胞亞類(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)中(zhong)(zhong)，共發(fa)(fa)現(xian)了(le)(le)1630個(ge)(ge)物(wu)種(zhong)特(te)異(yi)性表(biao)(biao)達(da)基(ji)因(yin)，但在(zai)(zai)所(suo)有(you)物(wu)種(zhong)的(de)(de)(de)(de)前(qian)額葉皮(pi)(pi)層中(zhong)(zhong)，只(zhi)有(you)201個(ge)(ge)基(ji)因(yin)的(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)達(da)是(shi)保守的(de)(de)(de)(de)，這(zhe)與(yu)之前(qian)基(ji)于(yu)單細(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)胞RNA-seq分(fen)(fen)析的(de)(de)(de)(de)結果一致(zhi)。盡管這(zhe)些(xie)谷(gu)氨酸(suan)(suan)能細(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)胞亞類(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)在(zai)(zai)物(wu)種(zhong)之間(jian)是(shi)一致(zhi)的(de)(de)(de)(de)，但發(fa)(fa)現(xian)在(zai)(zai)獼(mi)(mi)(mi)猴(hou)和人(ren)(ren)類(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)的(de)(de)(de)(de)所(suo)有(you)三個(ge)(ge)皮(pi)(pi)層區(qu)(qu)域(yu)（PFC、M1和V1）中(zhong)(zhong)都存在(zai)(zai)一組(zu)L4/5 IT神經元(yuan)，而在(zai)(zai)小(xiao)(xiao)鼠(shu)(shu)中(zhong)(zhong)則不存在(zai)(zai)。值得注(zhu)意的(de)(de)(de)(de)是(shi)，發(fa)(fa)現(xian)了(le)(le)六種(zhong)存在(zai)(zai)于(yu)獼(mi)(mi)(mi)猴(hou)和人(ren)(ren)類(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)PFC、F1和V1區(qu)(qu)域(yu)的(de)(de)(de)(de)谷(gu)氨酸(suan)(suan)能L4細(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)胞類(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)型，而在(zai)(zai)小(xiao)(xiao)鼠(shu)(shu)中(zhong)(zhong)則不存在(zai)(zai)。空間(jian)轉錄組(zu)圖譜顯示(shi)，這(zhe)些(xie)細(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)胞類(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)型優先(xian)分(fen)(fen)布在(zai)(zai)大多數皮(pi)(pi)層區(qu)(qu)域(yu)的(de)(de)(de)(de)L4中(zhong)(zhong)。進(jin)一步使(shi)用僅(jin)來自內側和眶額前(qian)皮(pi)(pi)層的(de)(de)(de)(de)細(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)胞進(jin)行的(de)(de)(de)(de)跨(kua)物(wu)種(zhong)比較(jiao)分(fen)(fen)析也揭示(shi)了(le)(le)靈長類(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)特(te)異(yi)性L4細(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)胞類(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)型的(de)(de)(de)(de)存在(zai)(zai)，這(zhe)表(biao)(biao)明靈長類(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)特(te)異(yi)性細(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)胞類(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)型可能與(yu)靈長類(lei)(lei)(lei)(lei)(lei)動(dong)物(wu)新皮(pi)(pi)層區(qu)(qu)域(yu)的(de)(de)(de)(de)出現(xian)有(you)關(guan)。

差異表(biao)(biao)(biao)達(da)分析在(zai)6種靈長(chang)類動(dong)物(wu)特(te)異性(xing)(xing)細胞(bao)類型中(zhong)發現(xian)了(le)226個高(gao)表(biao)(biao)(biao)達(da)基(ji)因。進一(yi)步(bu)的(de)(de)GO分析顯示，這些(xie)基(ji)因與(yu)(yu)軸(zhou)突發生和(he)突觸(chu)組織有(you)關。其(qi)中(zhong)，FOXP2編(bian)碼一(yi)種參與(yu)(yu)發育性(xing)(xing)言語(yu)失用癥的(de)(de)轉(zhuan)錄因子。作者進一(yi)步(bu)量化了(le)獼猴(hou)(hou)大腦皮(pi)(pi)層(ceng)(ceng)各個區(qu)(qu)域(yu)每一(yi)皮(pi)(pi)質層(ceng)(ceng)中(zhong)FOXP2的(de)(de)表(biao)(biao)(biao)達(da)，發現(xian)這個基(ji)因在(zai)大多數皮(pi)(pi)層(ceng)(ceng)區(qu)(qu)域(yu)的(de)(de)L4中(zhong)表(biao)(biao)(biao)達(da)水平最高(gao)。然(ran)而，對(dui)于(yu)那些(xie)沒有(you)清(qing)晰L4的(de)(de)區(qu)(qu)域(yu)，如額葉皮(pi)(pi)層(ceng)(ceng)和(he)內嗅(xiu)皮(pi)(pi)層(ceng)(ceng)，FOXP2的(de)(de)表(biao)(biao)(biao)達(da)在(zai)L6中(zhong)最高(gao)，這與(yu)(yu)最近的(de)(de)研(yan)究一(yi)致。在(zai)獼猴(hou)(hou)和(he)人類的(de)(de)L4中(zhong)也發現(xian)了(le)EPHA3和(he)DCC的(de)(de)類似高(gao)表(biao)(biao)(biao)達(da)，RNAscope檢測驗證了(le)FOXP2和(he)EPHA3在(zai)V2的(de)(de)L4中(zhong)表(biao)(biao)(biao)達(da)水平最高(gao)。因此，靈長(chang)類皮(pi)(pi)層(ceng)(ceng)的(de)(de)進化擴張(zhang)伴隨著位于(yu)L4的(de)(de)靈長(chang)類特(te)異性(xing)(xing)細胞(bao)類型的(de)(de)出現(xian)，還包括(kuo)了(le)FOXP2、EPHA3和(he)DCC等基(ji)因的(de)(de)區(qu)(qu)域(yu)依賴性(xing)(xing)層(ceng)(ceng)狀差異表(biao)(biao)(biao)達(da)模式。

結(jie) 語

該研究(jiu)提供了世界(jie)上首(shou)個在(zai)(zai)單細(xi)(xi)胞分辨率上全面的(de)獼猴大腦皮(pi)質組織空(kong)間(jian)轉錄(lu)組圖譜(pu)，并為(wei)未來(lai)大腦組織在(zai)(zai)進化(hua)、發育、衰老和(he)發病機制過程中(zhong)的(de)分子(zi)和(he)細(xi)(xi)胞研究(jiu)提供了重要(yao)的(de)數據資源庫。