曾红葵团队测序130万个细胞，建立了哺乳动物同皮质层和海马结构的分子结构

哺乳动物大脑中的同皮质层（isocortex）和海马结构（HPF）在感知，认知，情感和学习中起着至关重要的作用。但是，需要进行系统的研究，以完整了解这些区域中细胞类型的数量和分布，并了解不同的皮质和海马区域如何与大脑的其余部分相互作用，并发挥其各自的功能。

2021年5月17日，艾伦脑科学研究所曾红葵团队在Cell 在线发表题为“A taxonomy of transcriptomic cell types across the isocortex and hippocampal formation”的研究论文，该研究分析了覆盖整个成年小鼠同皮质层和HPF的约130万个细胞，并得出了转录组细胞类型分类法，揭示了谷氨酸能和GABA能神经元类型的完整组成。

与传统的HPF具有简单的细胞组织的观点相反，该研究发现同皮质中的所有GABA能神经元类型都与HPF共享，而HPF还包含其他独特的GABA能神经元类型。该研究还确定了沿同皮质层深度，整个同皮质表层以及海马和下丘脑的多个维度的细胞类型的大规模连续和分级变化。总之，该研究建立了哺乳动物同皮质层和海马结构的分子结构，并开始阐明其与这两个大脑结构的发育，进化，连通性和功能的潜在关系。

大脑皮层占据哺乳动物大脑的大部分，并执行多种功能，从感觉感知和自愿行为的产生到情感，认知，学习和记忆。皮质被分为多个区域，具有与许多皮质下和其他皮质区域特定的输入和输出连接。

从发育上讲，皮层起可分为几个部分：内侧皮层引起海马结构（也称为原皮皮层），腹侧皮层引起嗅觉皮层（也称为古皮层），在哺乳动物中背侧皮层引起同皮层（也称为新皮层）。原始皮层和古皮层被认为是进化上较老的结构，而同皮质/新皮层在脊椎动物进化中出现较晚，并在很大程度上得以扩展，最终在哺乳动物中以当前形式出现，人们普遍认为原始皮层和古皮层神经元排列在3 –5层，同/新皮质在第6层。

同/新皮质的功能区域（人为〜180，小鼠为〜30）平铺在皮质片上，并包括所有感觉方式的初级和高级感觉区域，初级和次级运动区域，以及同皮质的额叶，内侧和外侧部分中的多个关联区域，这些区域执行各种整合功能。广泛的连通性追踪和体内神经成像研究表明，这些新皮质区域一起形成了一个层次化的神经网络，具有功能上不同的模块以及模块内部和模块之间的前馈和反馈路径。

海马结构（HPF）也是一个复杂的多区域结构，其中包括海马区，亚皮层复合体以及内侧和外侧内嗅皮层。这些区域的神经元相互连接形成一个网络，该网络是HPF的学习，记忆，空间导航和情绪调节等许多功能的基础。特别是，沿着HPF的背腹轴存在显著的功能转换，背侧和腹侧网络分别主要介导空间导航和情绪行为。

许多分子，解剖学和生理学研究揭示了皮层和海马区不同区域的神经元细胞类型，其细胞性质的多样性可能与它们所嵌入的神经回路中的特定功能有关。但是，需要进行系统的研究，以完整了解这些区域中细胞类型的数量和分布，并了解不同的皮质和海马区域如何与大脑的其余部分相互作用，并发挥其各自的功能。

同皮质和HPF都具有两大类神经元，谷氨酸能兴奋性和GABA能抑制性，每种都包含多种类型。谷氨酸能神经元的类型是按层次和远距离投影组织的。它们在区域间轴突投影模式中的巨大差异构成了分层网络的结构基础。同皮质和海马GABA能中间神经元的类型也由它们的胚胎起源，放电特性和局部连通性模式组成。

单细胞RNA测序（scRNA-seq）研究已系统地表征和分类了皮质和海马各个区域中的细胞类型。以前，研究人员分析了小鼠的单细胞转录组以定义两个同皮层区域（主要视觉皮层（VISp）和前外侧运动皮层（ALM））的133种细胞类型，发现它们具有共享的GABA能性中间神经元类型，但有不同的谷氨酸能神经元类型。最近，研究人员使用Patch-seq方法同时分析了来自小鼠视皮层的大量GABA能中间神经元的转录组学，电生理和形态学特性，发现这三种模式之间具有极好的对应性。这些研究证明了使用高度可扩展的scRNA-seq方法进行全面的细胞类型普查的有效性和能力，将其作为进一步研究脑回路的结构和功能的基础。

在这里，该研究涵盖了所有成年小鼠的皮质和HPF，并使用两个不同的scRNA-seq平台（10x和SMART-Seq）分析了130万个细胞。该研究开发了一种共识聚类方法来结合这两个数据集，并得出了一个细胞类型分类法，其中包括388种转录组类型，其中364种是神经元的。覆盖范围使该研究能够在整个空间景观中定义神经元细胞类型的组成。比较同皮质和HPF，该研究发现同皮质层中的所有GABA能神经元类型都与HPF共享，而HPF还包含其他独特的GABA能神经元类型。

另一方面，来自不同HPF区域的谷氨酸能神经元类型与同皮层中的谷氨酸能神经元高度不同。许多同皮质的谷氨酸能类型在多个区域共享，并沿皮质表层显示出类似梯度的基因表达变化。该研究揭示了整个同皮质和HPF的分子组织结构，表明这两个主要大脑结构之间的进化上保守的细胞和神经回路组织。

参考消息：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)00501-8#%20