Nature：大脑“GPS”升级版！科学家绘制出发育与炎症的立体地图

展源 2025-11-10

大脑，堪称人体最复杂的器官，从出生到成熟，其如何一步步构建起精密的结构？当遭遇炎症攻击时，其又如何调度资源、启动修复？这些问题困扰了科学家几个世纪。

如今，一篇发表在国际杂志Nature上题为“Spatial dynamics of brain development and neuroinflammation”的研究报告中，来自卡罗林斯卡学院等机构的科学家们利用自主研发的“空间三组学”技术，首次绘制出小鼠大脑从出生到发育成熟的全景多维地图，并揭示了大脑在应对炎症时竟会“重启”发育时期的程序。这项发现不仅刷新了我们对大脑运作的认知，更为多发性硬化等神经疾病的理解带来了全新视角。

什么是“空间三组学”？给大脑做“CT+基因测序+蛋白分析”三合一

想象一下，如果我们不仅能看清大脑的解剖结构，还能在同一时间、同一位置读取它的基因活动、表观调控和蛋白质表达，那将是一张何等精细的“大脑动态施工图”？这正是“空间三组学”的厉害之处，它能同时捕捉：1）基因活动（转录组）；2）表观调控（染色质可及性）；3）蛋白质表达（蛋白质组）。

Gonçalo Castelo-Branco教授解释道，我们能用这种多维方法追踪大脑随时间发展的过程，绘制从出生到幼年不同脑区的变化，并研究大脑如何应对炎症。

大脑发育：一场精密的“分区施工”

通过对小鼠和人类大脑不同发育阶段的比对，研究人员发现：

（1）皮层分层如“城市规划”：大脑皮层中，决定细胞分层的转录因子不仅持续活跃，其染色质可及性还会随时间“扩散”，如同城市规划逐步落实。

（2）胼胝体：协调“布线”与“绝缘”：在连接左右脑的胼胝体中，髓鞘基因在不同亚区被动态“预激活”，且特定层次的投射神经元负责协调轴突生长与髓鞘形成，犹如电工在布线同时完成绝缘处理。

发炎的大脑：竟会“重启”发育程序？

更令人惊讶的是，当研究人员用溶卵磷脂诱导小鼠脑部炎症（模拟多发性硬化中的髓鞘损伤）时，发现：

（1）炎症会“远程传播”：小胶质细胞不仅在损伤核心被激活，还在远隔脑区出现短暂活化。这说明大脑不同区域之间存在复杂的通讯机制。

（2）发育程序被“重新调用”：在炎症反应中，大脑竟然重新启动了部分发育时期的遗传程序，这非常有趣，因为其或许解释了像多发性硬化这样的疾病为何会破坏髓鞘。

小鼠与人类大脑在髓鞘形成起始阶段的空间三组学图谱

为什么说这张地图“前所未有”？

（1）技术突破：从“平面图”到“立体动态影像”：传统方法只能提供静态、单层面的信息，而空间三组学实现了多维度、动态的全景解析。

（2）发现颠覆：发育与发炎共享“程序库”：大脑在应对损伤时并非完全“另起炉灶”，而是灵活调用发育时期的既有程序，体现了生物系统的经济性与复用性。

（3）临床启示：为多发性硬化提供新线索：炎症的远程传播机制或许能解释为何多发性硬化的病灶会广泛分布；而发育程序的重新激活，则可能为促进髓鞘再生提供新靶点。

从“看图说话”到“按图索骥”

这项研究为我们理解大脑如何构建自身、又如何应对损伤提供了前所未有的细节；研究者发现大脑在发育和炎症中使用了部分相同的“工具箱”，这提示我们或许可以利用发育机制来促进修复。这项研究不仅提供了一份珍贵的大脑发育与炎症响应“参考图谱”，更开创了一种研究复杂生物过程的新范式。未来，科学家或许能依据这张地图精准定位神经疾病的起源并开发促进髓鞘再生的靶向疗法，甚至探索其它器官的发育与疾病机制。

参考文献：

Zhang, D., Rubio Rodríguez-Kirby, L.A., Lin, Y. et al. Spatial dynamics of brain development and neuroinflammation. Nature 647, 213–227 (2025). doi：10.1038/s41586-025-09663-y

文章来源：Bioon细胞

责任编辑：展源

审核人：何发

内容来源：Bioon细胞

责任编辑：展源

审　　核：何发

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