8篇综述带你畅游脑科学前沿 | 时空简讯第10期
时空简讯第10期。
综述 | 神经生物学
Reviews | Neurobiology
全景式综述：单细胞组学技术解析脑细胞水平结构和疾病
RNA Biology [IF: 4.652]
① 以单个细胞到单细胞组的视角，从细胞&分子标签区分、转录组扩增、转录本覆盖位置、细胞通量、起始样本类型、单细胞多组实现、生物信息分析挑战等7个部分，原理式地详细综述了过去十年中scRNAseq技术发展历程和适用场景；
② 全局性的、细节清晰全面的总结性表格和图，全景式展示了哺乳动物脑发育、脑结构各分区scRNAseq的研究路线图、进展和神经细胞多样性；
③ 综述了scRNAseq技术在自闭谱系疾病、Rett综合征、Zika病毒感染导致的胎儿脑发育畸形、癫痫等4大类神经发育障碍中研究应用获得的新进展和发现；
④ 在表征疾病相关的细胞状态、揭示疾病的分子特征和机制、进展中的转录组表型等3个角度综述应用scRNAseq的在神经退行性病变的研究进展；
⑤ 最后，综述scRNAseq整合空间组学进行脑神经生物学研究的技术现状和广阔前景，论述和展望了应用这些单细胞时空组学，开展可应用于临床诊疗的分子机制研究的重要性和挑战。
Elucidating the cellular dynamics of the brain with single-cell RNA sequencing.
2021.01.27, DOI: 10.1080/15476286.2020.1870362.
综述，哺乳动物，脑，发育生物学，神经发育障碍，神经退行性疾病，单细胞转录组，空间转录组，技术原理，神经生物学；Aida Cardona-Alberich, Christopher R. Sibley, University of Edinburgh, UK.
Current Opinion：单细胞组学时代的中枢神经系统细胞特异性分化、分类和功能
Current Opinion in Genetics and Development [IF: 5.578]
① 展示了单细胞基因组学时代的优势、创新和挑战，并着重论述它如何影响我们对神经发育和神经功能的理解；
② 简要罗列了基于微孔和基于液滴的两种单细胞技术，以及相应的生物信息学分析内容和方法；
③ 阐述了从早期少量单细胞基因芯片转录组到scRNAseq解析神经细胞异质性的发展历程，着重综述了单细胞转录组对物种间大脑比较和差异的新理解，包括对比确定了人类大脑中新的基因表达谱和细胞类型的研究；
④ 论述了基于基因表达特征进行细胞注释、分簇分型的逻辑、缺陷和挑战，包括细胞状态及时序性关联状态转换研究；
⑤ 强调了ATACseq（染色质可及性）、CLIP-seq（miRNA表达）、exon usage/mRNA splicing等单细胞表观组学技术叠加scRNAseq，更能全面的理解细胞转录特征、种间差异以及神经性障碍疾病等；
⑥ 强调scRNAseq只是全面表征细胞功能的新起点，列举分析了Patch-seq（细胞电生理学和转录组）、Act-seq（神经活动响应的瞬时转录组）、位置/生理/连接预测等神经生物学特异性单细胞组学技术的产生和神经生物学研究价值；
⑦ 最后，阐述了以上技术在发现神经性疾病和神经发育障碍相关细胞特征性变化研究中的作用。（LQ）
Lessons from single cell sequencing in CNS cell specification and function.
2020.6.14, DOI: 10.1016/j.gde.2020.05.043.
综述，脑, scRNAseq，细胞分类，细胞功能，神经发育; Zhen Li, Tarik F Haydar, University of California, Boston University School of Medicine, USA.
Neuron综述：脑科学时空组学技术指导手册
Neuron [IF:17.173]
① 讨论了单细胞转录组和表观基因组的基本原理、数据的综合计算分析，以及在神经科学中的关键应用；
② 着重总结了决定单细胞转录组和表观基因组测序的分辨率和应用范围的基本原则；
③ 综述了分析和解析单细胞测序数据的关键计算技术；除了对神经科学家来说可能陌生的生物信息学方法，还介绍了在单细胞数据分析中发挥重要作用的电生理学和显微镜数据的计算技术；
④ 单细胞转录组学多用于不同神经细胞的基因表达差异，神经细胞发育节点及通路研究；
⑤ 与经典生物信息学相比，计算神经科学强调综合建模而不是假设检验，在理解复杂的生物数据集方面有着独特的视角和认识，此观点可以启发研究单细胞基因组学获得的丰富信息的新方法。（李晓宇）
Single-Cell Sequencing of Brain Cell Transcriptomes and Epigenomes.
https://doi.org/10.1016/j.ccell.2021.07.004.
综述，人，小鼠，脑细胞，神经科学，发育，单细胞转录组学，单细胞表观组学，Ethan J. Armand, Junhao Li, Fangming Xie, Eran A. Mukamel, University of California.
评述Slide-seq和SPATiAL transcriptomics
Neuropsychopharmacology [IF: 7.853]
① 一页述评，简要综述了bulk RNAseq在解析样本和细胞异质性的劣势，阐述了scRNAseq、显微切割转录组分析、原位杂交技术在解析细胞异质性及其空间信息的价值和在分辨率上的挑战；
② 着重评述了Slide-seq和SPATiAL transcriptomics等两种新兴的空间转录组技术的原理和应用情况，展望了通过应用它们进行神经细胞的形态、生理和连接以阐明精神类疾病的分子机制。（潘宏伟/LQ）
Spatial transcriptomics: putting genome-wide expression on the map.
2020.01.01, DOI: 10.1038/s41386-019-0484-7.
综述，述评，人，大脑，神经细胞，空间转录组，精神障碍疾病，SPATiAL, scRNAseq, K R Maynard, Lieber Institute for Development.
小胶质细胞在大脑中的分布异质性及其功能
Molecular Psychiatry [IF: 15.992]
① 在哺乳类动物枢神经系统中，不同区域的小胶质细胞呈现表型、基因表达异质性, 该综述汇总了141篇人、鼠脑科学研究文献，系统性地描述了小胶质细胞在额叶脑、海马区等不同脑区的分布丰度差异和分子特异性，指出小胶质细胞的scRNAseq研究存在不一致结果；
② 重点介绍了成人大脑不同区域的小胶质细胞的表型差异，以及导致其发生的潜在内、外因素；
③ 小胶质细胞脑区分布特性复杂且处于动态变化中，关于小胶质细胞脑区特异性与功能差异之间的直接证据不足，小胶质细胞表型与功能关联关系的全局图谱构建充满挑战；
④ 初步总结了小胶质细胞在胎脑中多样的分化起源和侵袭途径，以及这些生理过程中的调控因子，有助于解释和理解成熟小胶质细胞脑区多样性的机制；
⑤ 汇总了已有体内体外研究中不同疾病中小胶质细胞的应答差异，讨论了小胶质细胞异质性与不同中枢神经系统疾病空间模式差异的潜在关联。（夏老师）
Microglial regional heterogeneity and its role in the brain.
2020.11.26, DOI: 10.1038/s41380-019-0609-8.
综述，大脑，小胶质细胞，人，鼠，scRNAseq，异质性；University of Tartu, Peking University Health Science Center, 中国, Estonia.
综述 | 认知神经科学
Reviews | Cognitive neurosciencer
面向细胞分辨率连接组的新神经解剖学技术和数据融合策略
Neuroscience and Biobehavioral Reviews [IF: 8.989]
① 可用于小鼠大脑连接组研究的高通量细胞水平研究技术快速进步，但缺乏细胞分类特异的投射模式图谱，本文提出了一个多模式连接组整合框架(Multimodal Connectomic Integration Framework), 用于促进细胞分辨的小鼠连接组形成；
② 梳理Mouse Brain in Stereotaxic Coordinates (MBSC)、Allen Reference Atlas (ARA) 、adult mouse brain flatmap version 1.0 (MsBF1) 和Allen Mouse Brain (CCF)已有大脑图谱公共参考集，论述和强调将数据模块化登记和分享到共同参考图谱集(CCF v3.0)的重要性；
③ 回顾了一些映射&示踪、转录组尤其是单细胞转录组(scRNAseq和ISH)、形态&电生理、高分辨显微技术等新的、可应用于采集小鼠大脑细胞特性数据的实验技术；
④ 逐一检视了细粒度细胞类型分类、细胞密度的空间推断、中观连接组的潜在变量模型和多模态因子分解等多个数据整合策略；
⑤ 讨论了一些依赖于连接组增强技术的应用场景，例如功能连接的模型模拟和动物疾病模型中机制性假设生成。（王佳琪/LQ）
Progress towards a cellularly resolved mouse mesoconnectome is empowered by data fusion and new neuroanatomy techniques.
2021.6.10, DOI: 10.1016/j.neubiorev.2021.06.016.
综述，脑，人，老鼠，单细胞，连接组，数据融合，神经生物学，认知，Nestor Timonidis, Paul H.E. Tiesinga, Donders Centre for Neuroscience, Radboud University Nijmegen, Netherlands.
脑连接组和转录组协同研究的方法
Trends in cognitive sciences [IF: 20.229]
① 介绍了连接组(connectome)的概念、元素及其构建方法，影响连接组的因素；着重综述了遗传因素的研究方法历史，从个体间单基因变异表型对照研究、GWAS到个体内全脑解剖学转录组，强调了脑区间结构和功能的梯度空间差异；凸显了将分子功能与宏观脑组织结构关联起来的价值和挑战；
② 针对Allen Mouse Brain Atlas (AMBA)和Allen Human Brain Atlas (AHBA)等两个脑转录组图谱，综述了脑转录组和连接组表型关联分析的基本方法和概念，包括regional gene expression、correlated gene expression和gene coexpression networks等；提出脑转录图谱分析的一个共同目标是，根据每个基因或基因对与给定连接组表型的空间或拓扑相关性，对其进行权重评分；
③ 综述了大脑的转录和连接结构的空间梯度相关性，即物理上接近的区域具有更相似的转录谱和连接特征；探讨了基因表达沿着头枕轴(rostrocaudal axis)和皮质呈梯度分布与认知功能分化关系，以及皮质层级划分的方法；呈现分层分布的基因一般具有层特异性表达模式，调节轴突形成和突触功能，并与不同的细胞和受体亚型相关；
④ 综述了研究鉴定与一成对连接直接相关的基因原理和方法，且表明存在和成对连接相关的基因表达，但也有反面研究，这一方向研究仍处在起步阶段；
⑤ 综述了鉴定保守的连接组拓扑结构(connectome topology)及连接枢纽(connected network hubs)的研究及其方法；保守的连接组拓扑结构在不同物种间存在，且有相似的基因表达特征。（LQ/王芳）
Bridging the Gap between Connectome and Transcriptome.
2018.11.16, DOI: 10.1016/j.tics.2018.10.005.
综述，人，鼠，脑，复杂网络，连接组，认知，神经生物学；Alex Fornito，Aurina Arnatkeviciute, Ben D. Fulcher, Monash University, University of Sydeny Australia.
综述 | 神经性疾病
Reviews | neuropathy
异质性的皮质投射神经元作为多发性硬化症的治疗靶点
Expert Opinion on Therapeutic Targets [IF: 6.902]
① 综述梳理了2000-2020年间的相关研究文献；
② 多发性硬化（multiple sclerosis, MS）是一种中枢神经系统慢性炎症性脱髓鞘疾病，皮质病变及神经元损伤是不可逆临床进展的关键决定因素，皮质病变已成为目前研究的主要焦点；兴奋性皮质投射神经元是治疗进行性MS的一个新兴治疗靶点，了解神经元亚型特异性分子病理学及其精确的空间映射，将有助于发下细胞类型特异性的疗法和生物标记物；
③ 讨论了兴奋性投射神经元(excitatory projection neurons)的皮质映射和分子特性，以及在MS病变病理中的作用，同时强调了细胞亚型特异性转录组学变化和易损性水平，及scRNAseq在这些研究的作用；
④ 综合评估了，在研究MS皮质病理学中，最新的磁共振成像技术作为监测疾病进展和治疗效果的关键工具的有效性；
⑤ 最后，梳理了用于保护兴奋性皮质投射神经元可能的治疗方案和新的策略。（LQ/王佳琪）
Cortical projection neurons as a therapeutic target in multiple sclerosis.
2020.10.2, DOI: 10.1080/14728222.2020.1842358.
综述，脑，多发性硬化症，皮质投射神经元，病理学，磁共振成像，scRNAseq，转录组学，Tatjana Beutel, Lucas Schirmer, Heidelberg University, Germany.
编辑/力强
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