科學家定位抑郁癥的“藏身之處”

　　3月20日，西湖大學生命科學學院教授楊劍課題組在《自然》上發表研究論文，向全球科學家開放了一項名叫gsMap的新方法——利用這項方法，他們繪制出一張從疾病到細胞分布的“導航圖”，并成功定位到了精神分裂癥、抑郁癥等復雜疾病的相關細胞及其空間分布。

　　人的行為特征比如愛喝咖啡、生理特征比如高矮胖瘦，以及更容易得什么病，大多受到遺傳變異，也就是基因的影響。過去，全球科學家通過全基因組關聯研究（Genome-wide association study, 簡稱GWAS），成功鑒定出大量與復雜疾病和人體特征相關的遺傳變異，但這一技術無法解釋這些變異如何通過人體中哪些特定的細胞影響疾病的發生和發展。

　　“每個細胞都應該有一組活躍表達的標簽基因，這組基因就像是細胞的身份證，反映了細胞的類型、狀態、空間位置等信息。”楊劍團隊注意到近年來逐步成熟的一項新技術——空間轉錄組（Spatial Transcriptomics, 簡稱ST），“GWAS關聯了復雜疾病與特定基因，ST關聯了特定基因與細胞位置，能否開發出一項新方法，以基因為橋，把疾病和細胞對應起來？”

　　針對目前ST數據噪聲較大的局限，研究團隊引入圖神經網絡（Graph Neural Network, 簡稱GNN），一種人工智能方法，對ST數據進行降噪和平滑處理。經過反復修改與調試，一個創新性的數據分析模型成功落地，不僅能夠“認出”復雜疾病所對應的細胞類型，還能“追蹤”到這些細胞在人體中的位置。

　　也就是說，他們成功做出了一張尋找疾病相關細胞的“導航圖”。

　　由gsMap“導航”，研究團隊發現，不論是精神分裂癥還是抑郁癥，都與谷氨酸能神經元有顯著關聯，但在對應不同疾病時，它們的分布位置是不同的。

　　與精神分裂癥關聯的谷氨酸能神經元，集中分布于大腦皮層和海馬區域，這些位置與智商相關的細胞位置非常接近，甚至有重疊。“天才與瘋子僅一線之隔”，這句話此刻有了細胞層面的科學證明。

　　進一步分析結果顯示，在狹長形狀的海馬CA1區域，越接近背側方向的谷氨酸能神經元，其鈣離子信號轉導及調控基因表達越活躍，與精神分裂癥的相關性也越高，呈線性上升。這個結果有助于打開未來用藥和治療的思路。

　　而與抑郁癥關聯的谷氨酸能神經元，則集中分布在中腦和內側前額葉皮層深部。結合現有藥物數據庫，他們發現活躍在這個位置的基因，與精神藥物靶向的基因重合度較高，是其他大腦皮層區域的16倍，突顯了該腦區在抑郁癥干預和靶向治療中的潛在作用。

　　據悉，目前，西湖大學楊劍課題組已將這項gsMap算法封裝為開源軟件。一個課題組的奇妙想法，將變成許許多多課題組的工具，希望幫助更多人照亮前行的路。