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数十年来，神经科学家致力于绘制大脑的细胞图谱、连接图谱、基因表达图谱和蛋白质图谱，但脂质——这类构成神经元膜、髓鞘绝缘层并参与细胞间通讯的脂肪酸分子——却始终缺乏系统性的空间定位信息。传统成像技术难以区分单个脂质分子，导致科学家对大脑化学组织的理解存在巨大空白。正如EPFL教授Giovanni D'Angelo所言：“科学家对大脑不同区域脂质差异的认识一直模糊不清。这一空白至关重要，因为脑内脂质变化正日益与抑郁症、阿尔茨海默病等疾病联系起来。”

如今，由D'Angelo、Luca Fusar Bassini和Gioele La Manno领导的研究团队填补了这一空白。他们创建的“脂质大脑图谱”（Lipid Brain Atlas）揭示了脂质分子在大脑中的高度组织化分布模式，相关成果发表于《自然》杂志。

539个化学分区：脂质“邮政编码”揭示大脑隐藏秩序

为构建该图谱，研究人员采用质谱成像技术（MALDI-MSI），用激光逐点扫描脑组织薄片，识别每个位置存在的脂质分子。他们分析了来自11只小鼠的109张脑切片中的172种脂质，产生了约700万条测量数据，并利用专门开发的机器学习工具将这些数据整合为全面的三维重建。

最终图谱揭示了539个化学性质独特的区域，研究者将其命名为“脂质区”（lipizones）。每个脂质区具有特征性的脂质组合，形成可识别的化学签名。许多脂质区与已知的脑结构和细胞类型相对应，但另一些则揭示了神经细胞体群与远处纤维连接区域之间此前未知的关系——这些联系往往难以通过基于基因活性的图谱检测到。

“脂质就像邮政编码，赋予远处但相关的脑区相同的化学地址，”D'Angelo解释道。

白质与脉络丛的化学异质性挑战传统认知

新图谱还揭示了科学家此前认为相对均一的脑区内部存在惊人差异。一个突出例子是白质——包含连接不同脑区神经纤维的组织。传统观点认为白质化学组成基本一致，但研究发现白质内含有众多不同的脂质区。

“这表明制造髓鞘的细胞在化学性质上远比其基因所暗示的更加多样化，”Luca Fusar Bassini指出。

研究人员还在产生脑脊液的脉络丛以及衬贴脑内腔的组织中检测到此前未识别的化学边界。这些发现共同表明，脂质映射能够揭示仅靠解剖学或遗传信息无法显现的脑组织重要特征。

妊娠触发脑脂质广泛重塑

除识别大脑化学结构外，该图谱还为理解妊娠期间大脑结构变化提供了新见解。研究人员检查怀孕小鼠时发现，多个脑区的脂质组成发生显著改变，且这些变化总体上比雌雄小鼠之间的典型脂质差异更为明显。

大脑外层皮层的变化尤为广泛。同时，髓鞘重要成分半乳糖神经酰胺的水平在大部分白质中急剧升高。这些发现提示，妊娠涉及大脑化学组成的重大变化，可能有助于神经连接适应身体不断变化的需求。

“这些变化共同表明，大脑重新调整自身布线以满足妊娠需求，”Gioele La Manno表示。“该图谱揭示，大脑不断调整其脂质以适应身体变化的需要。”

研究大脑衰老与疾病的新工具

脂质大脑图谱已在线上免费开放，供全球科学家探索这一此前难以研究的脑生物学领域。通过将脂质信息与现有遗传和细胞图谱结合，研究人员可以更全面地理解大脑组织方式及其化学组成随时间的变化。

该图谱还为健康小鼠脑组织建立了详细参考标准，科学家可利用它研究脂质分布紊乱如何参与大脑发育、衰老以及阿尔茨海默病和抑郁症等疾病。尽管小鼠脑图谱不能直接应用于人类，但创建它的方法可帮助研究人员在人类大脑中发现类似模式。

“可转移到人类身上的不是图谱本身，而是方法，以及我们现在知道健康大脑拥有高度组织化的脂质图谱这一事实，”Luca Fusar Bassini总结道。