Multi-scale spatial transcriptomic atlas of the whole mouse spinal cord
本研究利用 Stereo-seq 技术，呈现了一个全面的、多尺度的成年小鼠脊髓全图谱空间转录组学，该图谱解析了 94 个独特的细胞亚群，并揭示了其精确的解剖结构组织（包括少突胶质细胞的新型层级细分），从而将转录组多样性与跨越整个头尾轴的空间基因表达程序联系起来。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
脊髓是身体的主要信息高速公路，是一束从大脑底部延伸至背部的长长的神经束。它不仅传递信息，还作为一个复杂的处理中心，协调感觉、运动以及呼吸和消化等自动功能。一个多世纪以来，科学家们一直利用显微镜绘制这一结构的图谱，识别其形状、层次以及不同细胞群的物理位置。这种经典的图谱至关重要，它告诉我们事物在哪里以及它们看起来是什么样子的。然而，它留下了一个关键问题悬而未决：这些细胞的具体分子身份是如何在这些物理空间中组织的？我们知道脊髓包含许多不同类型的细胞，但我们一直缺乏一份完整的指南，能够展示每种特定类型的细胞在整个脊髓长度（从颈部到尾骨）上的精确分布情况，以及它们彼此之间的排列关系。
现在，一组研究人员通过创建一个首个结合了分子身份与精确位置的高分辨率成年小鼠脊髓完整图谱，填补了这一空白。利用一种被称为 Stereo-seq 的强大新技术——该技术允许科学家在保持细胞原始位置的同时读取其遗传指令——研究团队分析了 322,827 个独立细胞。他们检查了来自脊髓每个主要部分的组织样本，涵盖了颈段、胸段、腰段和骶段。通过观察这些细胞的遗传活动，他们识别出了 12 个主要的细胞组，并将其进一步细分为 94 个不同的亚型。这项工作揭示了脊髓的组织结构就像一座多层的城市：大的街区由主要的细胞类型占据，但在这些街区内部，特定的亚型居住在高度可预测且更小的区划内，这些区划在脊髓从一端到另一端的过程中保持着一致的重复。
研究人员发现，主要的细胞组（例如那些向肌肉发送信号或处理感觉信息的细胞）在脊髓沿线占据着特定的、一致的领地。兴奋性和抑制性神经元（主要的通信细胞）填充在内部的灰质中，而被称为少突胶质细胞的支持细胞则分布在外部的白质中。无论是在颈部还是下背部，这种宏观布局都是相同的。然而，这项研究比这种通用的布局深入得多。当团队观察更精细的细节时，他们发现这些广泛区域内的特定细胞亚型并非随机散布，而是形成了精确的模式。例如，不同类型的兴奋性神经元沿着脊髓从上到下的轴线排列成不同的层，并且这些模式在所有脊髓水平上都得到了保留。同样，控制运动的抑制性神经元和运动神经元也被分类到特定的区域，这些区域与经典的解剖学层次相一致，但也揭示了比以往理解中更为复杂的内部结构。
最令人惊讶的发现之一是在白质中，该区域通常被认为是一个连接神经系统不同部分的均匀电缆束。研究人员发现，负责绝缘神经纤维的细胞（即少突胶质细胞）并不全是相同的。他们发现，这些细胞中的不同亚型在白质内以一种可重复的、分层的模式排列，并横跨整个脊髓长度。这一发现挑战了过去认为白质是同质结构的观点，表明它拥有自己复杂的、在分子层面定义的架构。研究还表明，这些空间模式不仅仅关乎细胞类型；它们是由在特定区域共同开启或关闭的一组协调基因所驱动的。通过分析组织的完整遗传密码，团队识别出了作为特定解剖领域分子标记的一组基因，从而有效地绘制了一幅基于基因活动而非仅仅基于细胞形状的脊髓图谱。
为了理解这种复杂性，研究人员构建了一个层级图谱，将每个细胞的分子身份与其物理邻里联系起来。他们发现，虽然教科书中描述的宏观解剖区域是真实的，但通过这种分子视角可以看到其中隐藏的细分结构。例如，控制肢体运动的运动神经元集中在处理肢体运动的特定脊髓区域，且其遗传特征与这些功能需求相匹配。该研究证实，脊髓不仅仅是一个由不同细胞类型填充的支架，而是一个细胞身份、亚型多样性与物理位置紧密相连的协调架构。这张新图谱为理解脊髓在健康状态下如何运作以及在疾病状态下如何失效提供了基础，为未来关于脊髓损伤、发育和神经系统疾病的研究提供了详细的参考。研究人员强调，虽然这张图谱是一个重大进步，但它代表的是一个结构和分子的框架，而非功能的完整图景，仍需进一步的工作来验证这些发现并探索它们如何与人类生物学相关联。
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