3月20日，西湖大學(xué)楊劍課題組在《自然》上發(fā)表研究論文，向全球科學(xué)家開(kāi)放了一項(xiàng)名叫g(shù)sMap的新方法——利用這項(xiàng)方法，他們繪制出一張從疾病到細(xì)胞分布的“導(dǎo)航圖”，并成功定位到了精神分裂癥、抑郁癥等復(fù)雜疾病的相關(guān)細(xì)胞及其空間分布。

人的行為特征比如愛(ài)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。楊劍課題組多年來(lái)聚焦統(tǒng)計(jì)遺傳學(xué)研究，擅長(zhǎng)在海量數(shù)據(jù)中找出復(fù)雜疾病與遺傳變異之間的關(guān)聯(lián)，并據(jù)此尋找潛在的治療靶點(diǎn)基因。

過(guò)去，全球科學(xué)家通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS），成功鑒定出大量與復(fù)雜疾病和人體特征相關(guān)的遺傳變異，但這一技術(shù)無(wú)法解釋這些變異如何通過(guò)人體中哪些特定細(xì)胞影響疾病的發(fā)生與發(fā)展。

“每個(gè)細(xì)胞都應(yīng)該有一組活躍表達(dá)的標(biāo)簽基因，這組基因就像是細(xì)胞的身份證，反映了細(xì)胞的類(lèi)型、狀態(tài)、空間位置等信息?！睏顒F(tuán)隊(duì)注意到近年來(lái)逐步成熟的一項(xiàng)新技術(shù)——空間轉(zhuǎn)錄組（ST），“GWAS關(guān)聯(lián)了復(fù)雜疾病與特定基因，ST關(guān)聯(lián)了特定基因與細(xì)胞位置，能否開(kāi)發(fā)出一項(xiàng)新方法，以基因?yàn)闃?，把疾病和?xì)胞對(duì)應(yīng)起來(lái)？”

針對(duì)目前ST數(shù)據(jù)噪聲較大的局限，研究團(tuán)隊(duì)引入圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GNN），一種人工智能方法，對(duì)ST數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪和平滑處理。經(jīng)過(guò)反復(fù)修改與調(diào)試，一個(gè)創(chuàng)新性的數(shù)據(jù)分析模型成功落地，不僅能夠“認(rèn)出”復(fù)雜疾病所對(duì)應(yīng)的細(xì)胞類(lèi)型，還能“追蹤”到這些細(xì)胞在人體中的位置。

也就是說(shuō)，他們成功做出了一張尋找疾病相關(guān)細(xì)胞的“導(dǎo)航圖”。

由gsMap“導(dǎo)航”，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，不論是精神分裂癥還是抑郁癥，都與谷氨酸能神經(jīng)元有顯著關(guān)聯(lián)，但在對(duì)應(yīng)不同疾病時(shí)，它們的分布位置是不同的。

與精神分裂癥關(guān)聯(lián)的谷氨酸能神經(jīng)元，集中分布于大腦皮層和海馬區(qū)域，這些位置與智商相關(guān)的細(xì)胞位置非常接近，甚至有重疊。進(jìn)一步分析結(jié)果顯示，在狹長(zhǎng)形狀的海馬CA1區(qū)域，越接近背側(cè)方向的谷氨酸能神經(jīng)元，其鈣離子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及調(diào)控基因表達(dá)越活躍，與精神分裂癥的相關(guān)性也越高，呈線(xiàn)性上升。這個(gè)結(jié)果加深了我們對(duì)精神分裂癥的理解，也有助于打開(kāi)未來(lái)用藥和治療的思路。

而與抑郁癥關(guān)聯(lián)的谷氨酸能神經(jīng)元，則集中分布在中腦和內(nèi)側(cè)前額葉皮層深部。結(jié)合現(xiàn)有藥物數(shù)據(jù)庫(kù)，他們發(fā)現(xiàn)活躍在這個(gè)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(qū)域的16倍，突顯了該腦區(qū)在抑郁癥干預(yù)和靶向治療中的潛在作用。

目前，西湖大學(xué)楊劍課題組已將這項(xiàng)gsMap算法封裝為開(kāi)源軟件?！耙粋€(gè)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?！睏顒φf(shuō)。（光明日?qǐng)?bào)全媒體記者晉浩天）