諸如墨西哥蠑螈（axolotl, 學(xué)名Ambystoma mexicanum）之類的蠑螈在研究四足動(dòng)物保守性狀方面發(fā)揮了作用。到目前為止，對(duì)蠑螈大腦的細(xì)胞類型多樣性及其與其他脊椎動(dòng)物大腦的關(guān)系的研究主要是通過(guò)組織學(xué)來(lái)進(jìn)行的。墨西哥蠑螈的大腦在胚胎后的生活中生長(zhǎng)，新的神經(jīng)元由增殖性的室管膜膠質(zhì)細(xì)胞（ependymoglia cell）產(chǎn)生。墨西哥蠑螈的大腦在受傷后也會(huì)再生；然而，目前仍不清楚干細(xì)胞如何再生這種蠑螈的大腦以及神經(jīng)元連接是否得到適當(dāng)?shù)幕謴?fù)。

對(duì)端腦的單細(xì)胞和單核基因組分析揭示了幾種羊膜動(dòng)物（包括爬行動(dòng)物、鳥(niǎo)類和哺乳動(dòng)物）的細(xì)胞類型和大腦區(qū)域的多樣性和進(jìn)化關(guān)系。這些方法還揭示了發(fā)育期間和成年時(shí)期神經(jīng)發(fā)生的分子軌跡。在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自?shī)W地利維也納生物中心和瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員對(duì)墨西哥蠑螈端腦的細(xì)胞類型、神經(jīng)發(fā)生和進(jìn)化保守性進(jìn)行了分子表征。他們將單核基因組分析應(yīng)用于穩(wěn)定狀態(tài)下和再生期間的墨西哥蠑螈端腦，以研究它的細(xì)胞類型的多樣性和穩(wěn)態(tài)神經(jīng)發(fā)生的分子動(dòng)態(tài)。他們比較了分子譜，以了解再生性神經(jīng)發(fā)生的損傷特異性特征。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2022年9月2日的Science期刊上，論文標(biāo)題為“Single-cell analyses of axolotl telencephalon organization, neurogenesis, and regeneration”。

這些作者利用單核RNA測(cè)序（snRNA-seq）和snATAC-seq以及空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)，確定了墨西哥蠑螈端腦的細(xì)胞多樣性。他們確定了區(qū)域分布的神經(jīng)元、室管膜膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)母細(xì)胞（neuroblast）群體，并通過(guò)比較分析確定了它們?cè)谘蚰?dòng)物中的保守性。他們發(fā)現(xiàn)墨西哥蠑螈端腦含有谷氨酸能神經(jīng)元（glutamatergic neuron），它們的轉(zhuǎn)錄與烏龜和小鼠海馬體、背皮層和嗅皮層的神經(jīng)元相似。嗅覺(jué)皮層樣神經(jīng)元也顯示出來(lái)自嗅球的保守的神經(jīng)元輸入投射。墨西哥蠑螈中的釋放γ-氨基丁酸抑制性神經(jīng)元（下稱GABA能抑制性神經(jīng)元）顯示出神經(jīng)節(jié)隆起的不同亞區(qū)的特征，并與烏龜和小鼠的GABA能抑制性神經(jīng)元相似。他們使用軌跡推理來(lái)構(gòu)建穩(wěn)態(tài)期間神經(jīng)發(fā)生的分化軌跡，發(fā)現(xiàn)室管膜膠質(zhì)細(xì)胞基本上會(huì)經(jīng)歷不同的中間神經(jīng)母細(xì)胞類型，并使用特定的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)來(lái)形成不同的谷氨酸能神經(jīng)元類型。在端腦損傷后，他們發(fā)現(xiàn)在再生性神經(jīng)發(fā)生開(kāi)始時(shí)，存在一種損傷特異性的室管膜膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)錄狀態(tài)，其特點(diǎn)是傷口愈合和細(xì)胞遷移基因的上調(diào)表達(dá)。損傷后的神經(jīng)發(fā)生與穩(wěn)態(tài)期間神經(jīng)發(fā)生的進(jìn)展相似，并導(dǎo)致失去的神經(jīng)元和來(lái)自嗅球的輸入投射的重新產(chǎn)生。

蠑螈端腦的結(jié)構(gòu)、保守性和神經(jīng)發(fā)生。圖片來(lái)自Science, 2022, doi:10.1126/science.abp9262。

綜上所述，這些研究結(jié)果表明，與哺乳動(dòng)物端腦區(qū)域相關(guān)的細(xì)胞類型和基因表達(dá)模式在兩棲動(dòng)物大腦中也很明顯。細(xì)胞類型的進(jìn)化歷史表明，與這些作者在墨西哥蠑螈和爬行動(dòng)物中觀察到的GABA能神經(jīng)元相比，谷氨酸能神經(jīng)元的差異更大。他們的結(jié)論是，在胚后期的墨西哥蠑螈中，端腦的神經(jīng)發(fā)生是通過(guò)不同的神經(jīng)母細(xì)胞進(jìn)行的，這些神經(jīng)母細(xì)胞與特定的神經(jīng)元類型有關(guān)，并依賴于共同的以及特定的調(diào)控程序。他們發(fā)現(xiàn)在再生性神經(jīng)發(fā)生中激活了這些共同的調(diào)控程序，這表明腦損傷在誘發(fā)損傷特異性室管膜膠質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)錄狀態(tài)后通過(guò)現(xiàn)有的途徑激活了神經(jīng)發(fā)生。再生的神經(jīng)元重新建立它們以前與遠(yuǎn)處大腦區(qū)域的聯(lián)系，這表明實(shí)現(xiàn)了潛在的功能恢復(fù)。他們對(duì)墨西哥蠑螈大腦如何再生的新見(jiàn)解可能為其他生物的大腦再生研究提供參考。（生物谷 Bioon.com）

參考資料：

Katharina Lust et al. Single-cell analyses of axolotl telencephalon organization, neurogenesis, and regeneration. Science, 2022, doi:10.1126/science.abp9262.