Science關鍵發現：每個神經細胞都獨一無二

07-03

過去幾十年來，為了尋找包括精神分裂症和自閉症在內的許多神經疾病背後的遺傳因素，科學家們投入了大量的時間和精力。但是他們收穫甚微，在自閉症中，即使最常見的遺傳突變也只佔到了全部患者的百分之幾而已。

令科學家們更感到沮喪的是，最可能引起疾病的遺傳突變不僅少見，而且並不容易被傳給下一代，而那些常見的突變僅能小幅增加患病風險。為了尋找這些缺失的遺傳因素，科學家們進行了大量的研究。最近，一個可以顛覆傳統生物學基礎的概念逐漸顯現了出來。那就是人體中的每個體細胞都可能帶有自己獨特的突變，也就是說，同一個人身上的每個細胞都有不同的DNA組成。一個兩年前成立的研究組織——大腦體細胞鑲嵌性網路（The Brain Somatic Mosaicism Network，BSMN）——在近期的《科學》雜誌上描述了研究這一現象的方法，以及如何從這一現象來解釋神經疾病的病因。美國NIH旗下的精神衛生研究院（National Institute of Mental Health，NIMH）為這一組織提供了3000萬美元的經費支持。

傳統生物學認為，每個人的DNA都不相同，但是，同一個人身上的體細胞，因為都來自於同一個受精卵，都應該具有同樣的DNA。但是，最新的研究發現，細胞分裂的過程中有許多種可能造成DNA突變的因素，其結果就造成了人體內存在許多種不同的DNA序列，這一現象被稱為體細胞鑲嵌性。由於神經細胞不再分裂，因此，任何一個細胞中特有的突變都會一直存在，不像其他器官中細胞不停的更新換代，使得某一個特定突變不會產生長久的影響。所以，大腦中的細胞鑲嵌性顯得尤為重要。

BSMN包括了來自美國15家研究機構的18個團隊，他們收集了健康志願者，以及精神分裂症、雙相情感障礙、自閉症、癲癇、Tourette綜合征等多種疾病患者死後捐獻的大腦組織進行詳細的研究。研究發現，每個神經細胞中都可能存在超過1000個單核苷酸多樣性位點。從一些神經前體細胞到整個大腦中的神經細胞需要經過數十億次的分裂，因此，神經細胞的鑲嵌性是一種常態。除了單核苷酸多樣性之外，更大規模的DNA序列變化也會出現，這包括小DNA片段的遺失或插入以及基因拷貝數的多樣性，還有新近發現的移動遺傳元素插入片段（MEIs）。

但是，由於每個突變都只出現於一個或幾個細胞中，如果直接對大腦組織進行全基因組測序，這些突變就會被大量其他細胞掩蓋而不易被識別出來。《科學》雜誌的這篇文章提出了三種方法來對細胞鑲嵌性進行研究。首先仍然是對大塊大腦組織進行基因組測序，其次是從大腦組織中分離出神經細胞進行測序。如果仍有罕見的突變不能被鑒定出來，那麼最新的測序技術使得單個細胞測序成為可能，通過比較相鄰的幾個神經細胞間的DNA區別，將可能把神經科學研究帶入一個新時代。對於大腦體細胞鑲嵌性和具體疾病之間的聯繫，科研人員將首先著重於那些已知增加疾病風險的基因，研究是否有一些細胞帶有突變。除此之外，BSMN還計劃與國立精神衛生研究院的其它倡議合作，研究大腦發育不同時期的基因表達變化，以及大腦中的表觀基因組多樣性。

負責資助這項研究的美國國立精神衛生研究院基因組研究協調辦公室主管Thomas Lehner博士表示：「這將打開一個全新的重要研究領域，我們希望能夠了解大腦內細胞鑲嵌性的存在程度，以及鑲嵌性的存在如何導致神經疾病的產生。不過，目前的計劃很可能不會為我們帶來所有的答案。」