近日，鄭州大學河南省醫藥科學研究院、華大基因學院在腦再生時空圖譜方面取得突破性進展。學院2020級碩士研究所學生楊蘊智作為共同第一作者、2019級碩士研究所學生姜宇佳作為共同作者在國際著名學術期刊Science上發表了題為Single-cell Stereo-seq reveals induced progenitor cells involved in axolotl brain regeneration的學術論文，并作為封面文章。鄭州大學河南省醫藥科學研究院和華大基因學院為共同第一作者機關。
該論文作為《科學》雜志封面文章
至此，學院以共通訊或共一作身份在Cell(《細胞》）、Nature(《自然》）和Science（《科學》）等國際著名期刊發表學術文章。
該項研究基于華大基因空間增強分辨率組學測序技術(Stereo-seq)，建構了世界上第一個蝾螈(Ambystoma mexicanum)大腦發育和再生的時空細胞圖譜，這也是全球首個腦再生時空圖譜，揭示了腦損傷如何自我愈合。
蝾螈腦再生時空圖譜
研究中使用的墨西哥鈍口螈，可以再生受損的附屬物和多個内部器官，包括大腦，是以被科學家們作為重要的模式生物來研究再生相關難題。兩位同學所在研究團隊首先建構了涵蓋六個發育階段和七個損傷誘導再生階段的端腦切片的一組空間轉錄組資料，确定發育過程中存在的33種細胞類型和參與再生的28種細胞類型，包括不同類型的興奮性神經元和抑制性神經元，以及幾種室管膜膠質細胞（ependymoglia cell）亞型。展示了各類神經元的分子特征以及空間分布動态變化，并發現蝾螈腦從青少年時期就開始特化出具有空間區域特征的神經幹細胞亞型。
為了研究蝾螈腦損傷後的再生過程，研究團隊對蝾螈腦的皮層區域進行機械損傷手術，并在損傷後的第2、5、10、15、20、30及60天，利用時空組學技術Stereo-seq對大腦樣本進行“拍照”，得到各個時間點的蝾螈腦再生圖集，完整記錄了蝾螈大腦從損傷，到再生修複完成的過程。通過對比7個時期再生“照片”和過程中的傷口狀态，研究團隊發現，傷口區域在損傷早期就出現了新的神經幹細胞亞群，這群重要的細胞由損傷區域附近的其他神經幹細胞亞群在受到損傷刺激後轉化而來，并在後續的再生過程中新生出神經元以填補損傷部位缺失的神經元。此外，雖然傷口處在修複早期便開始逐漸被新生組織填充，但直到損傷後第60天，“照片”才顯示損傷區域的細胞類型及空間分布恢複到了未損傷側的狀态。
同時，研究團隊還觀察到，墨西哥蝾螈端腦的再生在分子級聯反應和潛在的細胞譜系轉換方面表現出與發育期間類似的神經發生模式，這表明大腦再生部分地再現了發育過程。
通過研究，找到了蝾螈腦再生過程中的關鍵神經幹細胞亞群，描繪了此類幹細胞亞群重構損傷神經元的過程，同時還發現腦再生與發育過程具有一定的相似性，為認知腦結構和發育過程提供助力，為神經系統的再生醫學研究和治療提供新的方向。
該研究對于了解腦再生這一重要的生命過程、兩栖類動物腦結構以及大腦結構的演化具有重要意義，為尋找有效的臨床治療方法，促進人類組織器官自我修複與再生提供了新的方向，也為物種進化研究提供了寶貴的資料資源。研究者将通過時空多組學技術去探究更多器官、更多物種的發育和再生過程，找到再生過程中的關鍵調控機制，助力人類再生醫學的發展。