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晝夜節律是生物體為適應地球24小時周期性環境變化而進化出的內源性計時機制，對動物行為和生理過程具有調節作用。一旦節律紊亂，可能引發各類健康問題。因此，重構并解析大腦節律時鐘網絡的精細結構與功能，成為研究節律行為神經機制的關鍵，但目前該網絡的結構與功能存在未知。

近日，中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心團隊等，在單細胞水平上重構了人類視交叉上核（SCN）——調控晝夜節律行為的核心腦區的細胞構筑與空間轉錄組圖譜，并解析了人類SCN的神經元亞型。該研究通過對圖譜的深度挖掘，揭示了人類SCN特有的神經肽信號通路和跨物種保守的基因調控程序，并發現了與人群中時型差異相關的潛在神經機制。

研究綜合運用空間轉錄組學、單核RNA測序技術以及基于深度學習的組織學分析，構建了整合組織學信息、細胞組成以及基因表達譜的人類SCN細胞圖譜。研究通過對人類SCN三維結構的全面重構，發現其富含血管網絡，且通過這些血管與終板血管器相連，提示SCN可能通過此門靜脈系統控制其他腦區的節律活動。

研究進一步鑒定了7種具有特異性轉錄組和空間分布特征的人類SCN神經元亞型。通過與小鼠及以獼猴為代表的非人靈長類SCN轉錄組比較，研究揭示了轉錄因子LHX1和RORB調控的SCN基因模塊與功能分區在物種間的高度保守性。同時，跨物種比較分析顯示，人類SCN的神經肽信號網絡經歷了重組。研究人員將全基因組關聯分析相關基因映射到人類SCN圖譜，發現AVP/NMS神經元亞型富集了與人類早起時型相關的基因，為人群中時型差異的神經機制提供了潛在解釋。

該研究繪制了全面的人類SCN細胞圖譜，為基礎與臨床醫學研究提供了重要資源，也為理解人類生物鐘的分子與神經機制提供了依據。

相關研究成果在線發表在《神經元》（Neuron）上。研究工作得到科技創新-2030重大項目、國家自然科學基金等的支持。

研究主要成果示意圖