MacBrain资源中心（MBRC）恒河猴出生后脑组织学数据集：通过NHP组织与数字数据资源库赋能新的科学发现

《Journal of Anatomy》：The MacBrain Resource Center (MBRC) rhesus macaque postnatal brain histology datasets: Enabling new discoveries through NHP tissue and digital data Repositories

　　

在本期配套论文中，研究人员描述了提供胚胎期恒河猴（Macaca mulatta）脑组织学材料以研究脑发育的工作，并重点强调了皮层发育。在本文中，研究人员继续介绍提供出生后恒河猴脑组织学材料的工作，这些材料与细胞环路研究相关；这些环路在出生后生命期内、于雄性和雌性个体中持续成熟并发生变化，且在老年阶段会自然退化。耶鲁大学医学院神经科学系MacBrain资源中心（MBRC）的使命，是为研究人员提供一种具有成本效益的途径，使其能够利用现有材料，在这一非人灵长类（NHP）脑动物模型上开展全新（de novo）研究，从而避免高昂成本，并避免额外牺牲动物（https://medicine.yale.edu/neuroscience/macbrain/mission/）。本文报告了这一使命的实现方式。由于MBRC材料在多年间持续汇集自彼此无关的研究，大多数方法此前已经发表。MBRC将不同类型的材料划分为独立的馆藏（Collections）。本文对组织化学和免疫组织化学过程的描述，仅限于当前用于充实馆藏6（Collection 6）的工作内容，并截至2026年5月为准。MBRC中的各馆藏是动态发展的。在当前8个MBRC数据集中，本文重点强调馆藏5、6和7，并通过实例说明不同材料当前如何被用于皮层与皮层下结构研究。馆藏5中大量对多个脑区取样的电子显微镜（EM）包埋块，来自馆藏1中超过100例进行滴定性胸腺嘧啶核苷（³H-TdR）注射的病例，另有部分来自馆藏2和3。总体而言，目前已编目、来自出生后病例的EM包埋块约为1000个。馆藏6目前包含超过30,000张数字图像，展示了32个不同脑样本中35种不同细胞与纤维标志物；这些样本涵盖两性，年龄范围从P0至32岁。随着研究人员持续处理并纳入NHP脑样本，馆藏6和7的材料仍在不断增长。基于该动物模型与人类在分子、遗传和解剖层面的相似性，本文强调归档并重复利用恒河猴脑组织对促进神经科学研究的重要性。据研究人员所知，MBRC各馆藏中的NHP脑材料构成了目前全球同类资源中规模最大的数据库。

该文发表于《Journal of Anatomy》，核心内容并非提出单一机制性生物学发现，而是系统介绍耶鲁大学医学院神经科学系MacBrain资源中心（MacBrain Resource Center, MBRC）所建设的恒河猴（Macaca mulatta）出生后脑组织学资源体系，论证这一非人灵长类（non-human primate, NHP）脑组织与数字化数据库对于神经科学研究的基础支撑价值。研究背景在于，脑在整个生命历程中的结构与细胞组成持续变化，不同脑区在性别、年龄和衰老过程中存在异质性，而理解这些正常变化，是解释阿尔茨海默病、帕金森病、Tourette综合征、精神分裂症等疾病易感性和病理脆弱性的前提。尽管非灵长类模型、类器官、细胞系及遗传修饰动物可提供有价值信息，但在与人类高度同源、具有更强转化价值的物种中，建立横跨出生后至老年、涵盖雄性与雌性的标准化组织学资料，仍不可替代。现实困难在于灵长类组织获取昂贵、周期长、单个实验室难以独立构建大规模、多标记、跨年龄和跨性别的完整数据集，因此共享型参考资源具有必要性。

基于此，研究人员围绕MBRC出生后数据集开展了四个层面的工作：其一，报告当前可供使用的出生后材料；其二，说明材料获取、保存、处理、数字化以及公开共享的流程，并重点介绍用于馆藏6（Collection 6）的组织化学与免疫组织化学方案；其三，以馆藏5、6和7中的实例展示这些材料如何支持全新研究；其四，将MBRC与其他公开NHP脑数据库进行整体比较。论文指出，MBRC当前共设8个馆藏，其中与本文最密切相关的是馆藏5的电子显微镜（electron microscopy, EM）包埋块、馆藏6的组织学和免疫组织化学数字图像，以及馆藏7的冷冻组织块。研究人员强调，这些资源不是为本文专门采集，而是来源于过去数十年间不同课题遗留并系统保存下来的材料，因此兼具历史纵深和资源再利用价值。

方法学上，研究所依托的样本主要来自耶鲁大学及更早时期积累的恒河猴脑组织，所有动物研究均经机构动物照护与使用委员会（IACUC）批准，且本文未因本研究目的额外处死动物。多数用于馆藏6和7的样本经磷酸盐缓冲液（PBS）灌流后，再以4%多聚甲醛（PFA）固定；用于馆藏5的EM材料则额外采用戊二醛（GA）和锇酸后固定。样本经蔗糖脱水保护后，于?20℃或?80℃保存，再以50 μm冠状切片形式进行Nissl、乙酰胆碱酯酶（AChE）、铁染色及免疫组织化学处理。研究涉及35种细胞和纤维标志物，并通过数字扫描建立可在线浏览、缩放和下载的图像库。部分项目进一步使用Aiforia、QuPath、ImageJ、Aperio ImageScope和Zeiss ZEN等平台完成细胞检测、密度统计、空间模式分析和图像处理。样本队列覆盖出生后第0天（P0）至32.42岁，包含32个脑样本、13只雄性和19只雌性。

在结果部分，论文首先以“3.1 Available postnatal data in collection 6 of the MBRC”为题，系统呈现馆藏6的实际规模。截至2026年5月，馆藏6已在32个不同脑样本中完成组织化学和免疫组织化学处理，并向公众开放。这些样本从P0延伸至32.42岁，覆盖出生后早期、幼年、青年、成年及老年阶段。研究人员共制备424套切片序列（galleries），涉及35种染色，总计已数字化并公开30,498张冠状切片图像，另有7371张切片处于数字化过程中。不同染色在不同脑样本中的重复程度不等，最少为3例，如铁、α-突触核蛋白（a-Syn, SNCA）与β-淀粉样蛋白（b-Amy, 6E10），最多可达32例，如胆碱乙酰转移酶（ChAT）和神经肽Y（NPY）。这一结果说明，MBRC已建立一个覆盖年龄广、标志物丰富、具备持续扩展能力的出生后NHP脑组织学数字资源库。

在“3.2 Examples of ongoing research using MBRC materials”中，作者以多个正在进行的研究案例说明数据库的现实应用价值。围绕图1，研究人员利用馆藏6中的ChAT和NPY切片，系统比较恒河猴前额叶皮层不同区域的胆碱能轴突末梢与NPY阳性纤维分布，以检验兴奋—抑制平衡相关的解剖学基础。此部分表明，MBRC数据可支持对皮层神经调质输入及抑制性网络结构的定量研究。围绕图2，研究人员展示了馆藏5中前额叶皮层第3层神经毡（neuropil）的EM图像，从超微结构层面观察突触小体、树突棘和对称/非对称突触，说明该资源可用于高分辨率突触结构分析。围绕图3，合作团队利用馆藏6中15只雌性恒河猴海马样本，结合Iba1免疫标记和QuPath分析小胶质细胞密度及空间聚类特征，结果提示海马小胶质细胞在雌性灵长类生命周期中发生亚区特异性重塑。该例显示MBRC适用于生命周期轨迹研究与空间统计分析。

围绕图4，研究人员在纹状体中比较NPY阳性中间神经元与ChAT阳性中间神经元的密度与分布，并借助人工智能（AI）平台Aiforia完成自动检测与热图分析。图示结果表明，纹状体中NPY阳性中间神经元密度高于ChAT阳性中间神经元，并显示不同亚区的细胞分布存在差异。这说明馆藏6不仅能支持传统观察，也能支撑AI驱动的大规模定量分析。围绕图5，研究人员利用多种神经化学标志物，包括NOS、SOM、Nissl、NeuN、NPY、CB、TH、SP和5-HT，对白质间质神经元（interstitial white matter neurons）的数量、分布和神经化学身份进行研究，重点考察前额叶皮层白质中的细胞异质性。围绕图6，研究人员基于馆藏7冷冻组织块研究黑质（Substantia Nigra, SN）中随年龄增长的神经黑色素（neuromelanin）累积，显示年轻个体几乎无可检测神经黑色素，而老年个体多巴胺能神经元胞内可见明显棕黄色颗粒沉积。围绕图7，研究人员在成年NHP海马中考察磷酸化神经丝（SMI-312⁺）与非磷酸化神经丝（SMI-32⁺）的共表达，用于分析不同脑区可能存在的年龄相关神经丝表达差异。围绕图8，研究人员采用Perl普鲁士蓝法考察皮层和皮层下区域的年龄依赖性铁沉积，结果显示老龄个体脑内铁染色增强，且最老样本皮层可见年轻个体缺乏的染色模式。这些案例共同证明，MBRC能支持细胞、纤维、超微结构、衰老相关色素沉积及病理相关分子标志物等多层级研究。

讨论部分首先综述了多个公开NHP脑数据库，包括BrainMaps.org、BrainCatalog、Digital Brain Zoo、SC21 Subcortical Digital Atlas、Brainmuseum.org、Blueprint NHP Atlas、Scalable Brain Atlas、Ebrains、PRIME-DE、PRIME-RE、CoCoMac 2以及BALSA等。作者指出，现有资源多以MRI及其配准数据为主，部分整合转录组、原位杂交（ISH）或连接组信息，但在年龄、性别、组织学染色种类、材料实体可及性及超微结构资源方面往往不完整。与这些数据库相比，MBRC当前虽尚缺MRI和基因表达图谱，但在组织学资源丰富度方面最具优势，尤其是馆藏1和5中的³H-TdR发育材料及EM包埋块，在已比较数据库中几乎无对应资源。作者进一步指出，馆藏2的示踪注射材料、馆藏3的损伤模型材料和馆藏4的产前X射线照射材料同样具有独特性。针对馆藏6，作者承认目前尚未公开矢状面和水平面组织学数据，但相关处理正在进行。与Allen体系等高质量数据库相比，MBRC未来公开的胚胎期与出生后多标志物数据预计将进一步增强其比较神经解剖学和发育神经科学价值。

论文的讨论核心并非夸大单一数据库的完备性，而是强调不同资源之间的局限、优势与互补关系。作者认为，没有任何一个数据集是完全的，但通过共享、归档与协作，可显著提高NHP模型研究效率，促进新技术应用，并减少动物牺牲。MBRC的定位正在于把过去分散于不同课题中的高价值材料重新整合，使其从一次性实验产物转变为可反复利用的基础设施型科研资源。

研究结论部分可译为：本文结论较为明确。其一，研究人员强调恒河猴作为神经科学研究动物模型的关键重要性，同时承认其他动物模型同样重要。其二，研究人员倡导增加对已归档材料的利用与共享，并确信这将减少动物牺牲和研究成本，同时提升研究透明度、可重复性与效率。其三，研究人员提倡同时使用雄性和雌性样本，以便评估性别作为生物学变量的作用。其四，研究人员鼓励纳入不同年龄阶段的样本，以理解从胎儿早期发育到老年阶段生命全程中的正常与异常变化。研究人员相信，MBRC各馆藏中丰富的数据可与其他公共数据集形成互补，并共同更准确地反映人脑因性别和年龄而产生的正常差异，从而更好地与损伤、处理干预及病理状态进行比较。进一步而言，这些努力有望提高科学严谨性，并加速神经科学研究进展，使其更有利于转化医学（translational medicine）并真正服务于临床实践。

总体而言，这篇论文的重要意义在于为NHP脑研究提供了可持续扩展、可重复调用、可数字化共享的出生后组织学资源框架。其价值不仅在于现有超过3万张公开图像、约1000个EM包埋块和不断扩充的冷冻组织库，更在于它为跨年龄、跨性别、跨脑区、跨技术尺度的比较研究提供了共同基础。对于神经发育、正常衰老、神经退行性疾病和精神疾病研究而言，MBRC所提供的并不仅是样本集合，而是一种能够降低成本、减少动物使用并提升研究可比性与透明度的基础科研平台。