想象一下，如果科學(xué)家能像導航定位一樣，在大腦中找到與抑郁癥或精神分裂癥相關(guān)的細胞的位置，這將為精準醫療帶來(lái)怎樣的變革？
2025年3月19日，國際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Nature 發(fā)表的一項最新研究，通過(guò)前沿的空間轉錄組學(xué)技術(shù)——gsMap，首次繪制出人類(lèi)復雜疾病相關(guān)的大腦細胞“空間地圖”，揭示了精神疾病（精神分裂、抑郁癥）背后的“空間密碼”，標志著(zhù)我們在理解人類(lèi)復雜疾病（性狀）的生物學(xué)基礎方面邁出了重要一步。
該研究以：Spatially resolved mapping of cells associated with human complex traits 為題，于2025 年 3 月 19 日發(fā)表在了 Nature 期刊，西湖大學(xué)、西湖實(shí)驗室、未來(lái)產(chǎn)業(yè)研究中心楊劍課題組研究員為論文通訊作者，西湖大學(xué)博士研究生宋立陽(yáng)和陳文浩為論文共同第一作者。
傳統方法的困境：大海撈針
在過(guò)去十年里，科學(xué)家們通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）發(fā)現了數萬(wàn)個(gè)與疾病相關(guān)的基因位點(diǎn)，但始終面臨一個(gè)根本性難題：這些基因究竟在哪些細胞中發(fā)揮作用？
單細胞測序技術(shù)雖然能識別這些細胞類(lèi)型，但卻像拆散拼圖一樣丟失了細胞在組織中的空間位置信息。
傳統方法如同在黑暗中摸索——我們知道了哪些基因與哪些疾病相關(guān)，卻不知道它們在哪些細胞中工作，更不知道這些細胞在大腦中的具體位置。
技術(shù)革命：空間轉錄組學(xué)遇上 AI 算法
在這項最新研究中，西湖大學(xué)楊劍團隊開(kāi)發(fā)的 gsMap（復雜性狀遺傳信息的細胞空間圖譜）技術(shù)，如同給細胞裝上“北斗導航”：
1、空間定位：利用空間轉錄組學(xué)技術(shù)記錄每個(gè)細胞的基因表達和三維坐標；
2、基因導航：整合 GWAS 數據庫中的疾病遺傳信號；
3、智能篩選：通過(guò)圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )（GNN）識別基因表達相似的同質(zhì)細胞群；
4、時(shí)空關(guān)聯(lián)：建立疾病基因與特定空間細胞群的分子聯(lián)系。
這項技術(shù)突破性地解決了單細胞數據噪聲大、空間信息缺失的難題，精度達到單細胞級別。
顛覆性發(fā)現：破解精神疾病的空間密碼
將 gsMap 應用于大腦空間轉錄組學(xué)（包括小鼠、食蟹猴和人類(lèi)大腦）數據，研究團隊揭示了驚人規律：
谷氨酸能神經(jīng)元在多種大腦相關(guān)疾病（性狀）中呈現顯著(zhù)的關(guān)聯(lián)信號。然而，這些關(guān)聯(lián)信號在不同疾病（性狀）中存在不同的空間分布模式，例如，相比于情緒性狀（例如抑郁癥），精神分裂癥相關(guān)的谷氨酸能神經(jīng)元在空間分布上更接近認知性狀（例如智商）。這表明了精神分裂癥在細胞層面及腦區分布上可能與認知能力高度重疊，提示了認知相關(guān)腦區的受損可能構成其主要病理特征。這些發(fā)現也解釋了為何精神分裂癥患者常伴認知損傷，而抗抑郁藥物對前額葉皮層更敏感。
研究團隊進(jìn)一步分析了海馬區域這個(gè)精神分裂癥相關(guān)谷氨酸能神經(jīng)元的富集區，發(fā)現越靠近海馬 CA1 區背側的谷氨酸能神經(jīng)元與精神分裂癥的關(guān)聯(lián)越強，且表現出鈣信號轉導及調控基因的上調；而抑郁癥相關(guān)的谷氨酸能神經(jīng)元則在中腦和內側前額葉皮層深部富集，表現出神經(jīng)元可塑性基因的上調。
抑郁癥相關(guān)的谷氨酸能神經(jīng)元在食蟹猴內側前額葉皮層（14r區）深部
結合現有藥物數據庫，研究團隊發(fā)現，內側前額葉深部的高表達基因在精神藥物靶點(diǎn)基因中的富集程度是其他大腦皮層區域的 16 倍，這突顯了該腦區在抑郁癥干預和靶向治療中具有關(guān)鍵作用。
研究團隊表示，這些發(fā)現就像找到了大腦疾病的郵政編碼，未來(lái)醫生可以根據患者的大腦細胞分布特征，選擇最匹配的靶向藥物。研究團隊已建立了開(kāi)放獲取的數據庫（https://yanglab.westlake.edu.cn/gsmap(https://yanglab.westlake.edu.cn/gsmap），涵蓋了 30 種大腦相關(guān)疾病（性狀）的細胞級空間圖譜。
研究團隊接下來(lái)計劃：
1、構建人類(lèi)全身器官的疾病細胞三維圖譜；
2、開(kāi)發(fā)AI輔助診斷系統；
3、探索細胞空間特征與藥物治療響應的關(guān)系。
隨著(zhù)空間組學(xué)技術(shù)成本下降，未來(lái)或可實(shí)現個(gè)性化“細胞圖譜”診療——通過(guò)一張分子圖譜，預見(jiàn)疾病風(fēng)險，定制專(zhuān)屬治療方案。
總的來(lái)說(shuō)，這項研究突破不僅改寫(xiě)了我們理解大腦疾病的方式，更開(kāi)啟了“空間精準醫療”的新紀元。當科學(xué)家能精確定位疾病相關(guān)的細胞“坐標”，攻克精神疾病的戰役終于有了精準的導航圖。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-025-08757-x
合作咨詢(xún)
肖女士
021-33392297
Kelly.Xiao@imsinoexpo.com
2006-2025 上海博華國際展覽有限公司版權所有（保留一切權利）
滬ICP備05034851號-57
