神經系統結構和功能復雜。基于單細胞技術對大腦不同組織進行解析，可以從細胞水平上了解神經系統的結構、發育和發展過程。
研究者對妊娠 8 周到 26 周的人類前額葉皮層進行 scRNA seq[Zhong S et al. Nature. 2018]，鑒 定了 6 種主要神經細胞中的 35 個細胞亞型及這些細胞的發育軌跡（圖 2-7）。該研究為了解妊娠早期和 中期人類前額葉皮質的發育提供了一個藍圖，系統剖析了前額葉皮質功能的細胞基礎和分子調控機制。
圖 2-4 基于單細胞數據分析預測的人類前額葉皮質細胞的發育軌跡 [Zhong S et al. Nature. 2018]
其他研究人員也基于不同物種的不同神經組織或大腦組織，使用單細胞技術對神經發育軌跡和衰 老過程等進行了研究（表 2-8）。
表 2-8 腦區和神經組織的單細胞研究
神經細胞分
大腦包含高度復雜的神經細胞類型和細胞亞型 [Fuzik Jet al. Nat Biotechnol. 2016]。scRNA- seq 可用于識別神經細胞類型和亞型，并發現新的細胞特異性標記。
中科院神經所張旭院士團隊和伯豪生物合作利用 scRNA-seq 對小鼠背根神經節的體感神經元進行 分類 [Li C et al. Cell Research. 2016]，采用微流控 scRNA-seq 和熒光活化細胞分離對紋狀體進行 分析，發現了不同的細胞亞群 [Gokce O et al. Cell Rep. 2016]；同時發現新的基因標記可區分中 棘神經元的不同細胞亞群。其他物種的神經組織或大腦組織也從單細胞水平上進行了分類和特征鑒定（表 2-9）。
表 2-9 神經細胞的單細胞研究
神經系統疾病研究與治療
神經退行性疾病與神經細胞的衰老和功能退化有關，單細胞技術有助于神經系統疾病的機制研究。單細胞技術可用于評估體細胞突變對神經系統的影響。胎兒神經前體細胞的 scDNA-seq 發現，發育過程中的氧化損傷導致細胞突變率增加 [Bae T, et al. Science. 2018]；老年人神經細胞的體細胞 突變與衰老過程、腦區特異性突變和氧化損傷的 DNA 修復相關，暗示致病性體細胞突變也可導致神經 發育和退行性疾病 [Lodato M.A, Science. 2018] [Insel T.R et al. Mol Psychiatry. 2014] [McConnell M.J et al. Science. 2017]。
對神經系統疾病有關的細胞進行單細胞研究，可以為疾病治療提供參考方向。對大腦干細胞進行 scRNA-seq [Kalamakis G et al. Cell 2019]，發現神經干細胞活性在衰老過程中不會降低，而利基 衍生的炎癥信號和 Wnt 拮抗劑則會抑制神經干細胞活性。因此理論上，清除抑制神經干細胞活性的物 質將是潛在的治療神經退行性疾病方案。對阿爾茲海默病（AD）和帕金森（PD）患者腦細胞的單細胞研 究為這兩種疾病的治療提供了新方向（表 2-10）。
表 2-10 神經系統疾病的單細胞研究
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