尽管脂质是大脑功能的基础，但科学家一直难以绘制不同类型脂质的位置分布图。传统的成像技术无法轻易区分单个脂质分子，这在我们对大脑化学组织的理解中留下了一个重大空白。
“因此，科学家对脂质在大脑不同部位之间的差异只有模糊的认识，”洛桑联邦理工学院（EPFL）Kristian Gerhard Jebsen基金会营养与代谢教席教授Giovanni D'Angelo说。“这一空白很重要，因为大脑脂质的变化越来越多地与从抑郁症到阿尔茨海默病等多种疾病联系起来。”
EPFL的研究人员现在在填补这一空白方面迈出了重要一步。由D'Angelo、Luca Fusar Bassini和Gioele La Manno领导的团队创建了一份详细的地图，展示了脂质在整个小鼠大脑中的分布情况。
他们的脂质大脑图谱（Lipid Brain Atlas）显示，这些分子以高度有组织的模式排列。一些模式与熟悉的解剖结构相匹配，而另一些则揭示了以前的方法所忽略的化学边界。这些模式非常独特，研究人员只需检查脑组织样本的脂质组成，就能确定其来源位置。
研究结果发表在《自然》（Nature）杂志上。
科学家在大脑中鉴定出539个不同的化学区域
为了构建该图谱，研究人员使用了质谱成像技术，该技术使他们能够识别薄层脑组织切片中的脂质分子。激光逐点扫描每个切片，从而产生关于存在哪些脂质以及它们所处位置的详细信息。
该团队检查了从11只小鼠收集的109个脑切片中的172种不同的脂质。这产生了大约700万次测量数据，科学家们使用专门为该项目开发的机器学习工具将这些数据组合成一个全面的3D重建图。
生成的图谱揭示了539个化学上不同的区域，研究人员将其命名为“脂质区”（lipizones）。每个区域都有特征性的脂质组合，形成了可识别的化学特征。
其中许多区域对应于已知的脑结构和细胞类型。另一些则揭示了神经细胞胞体群与由其纤维连接的远端区域之间出人意料的关系。使用基于基因活动的图谱通常很难检测到这种连接。
“实际上，脂质就像邮政编码一样，赋予大脑中相距遥远但相互关联的部分相同的化学地址，”D'Angelo说。
隐藏的化学模式挑战了以前的大脑图谱
新图谱还揭示了科学家以前认为相对均匀的大脑区域内部令人惊讶的差异。
一个引人注目的例子是白质，即包含连接不同脑区域的神经纤维的组织。白质并没有呈现出在很大程度上一致的化学成分，而是包含众多不同的脂质区。
“这表明制造髓鞘的细胞在化学上的多样性远超其基因本身所提示的，”Luca Fusar Bassini说。
研究人员还在脉络丛（负责产生脑脊液的结构）以及大脑内腔的内衬组织JianCe测到了以前未被识别的化学边界。
这些发现共同表明，脂质图谱绘制可以揭示大脑组织的重要特征，而这些特征仅从解剖学或基因信息是无法明显看出的。
怀孕引发大脑脂质的广泛变化
除了识别大脑的化学结构外，该图谱还提供了关于该结构在怀孕期间如何变化的新见解。
当研究人员检查怀孕的小鼠时，他们发现在大脑的许多区域中脂质组成发生了实质性的变化。总体而言，这些变化比在雄性和雌性小鼠之间观察到的典型脂质差异更为显著。
构成大脑外层的皮层显示出尤为广泛的变化。同时，半乳糖神经酰胺（髓鞘的重要组成部分）的水平在大脑大部分白质中急剧升高。
这些发现表明，怀孕涉及大脑化学组成的重大变化，这可能有助于其神经连接适应身体不断变化的需求。
“总之，这些变化表明大脑重新调谐自身的神经回路以满足怀孕的需求，”Gioele La Manno说。“该图谱揭示，大脑不断调整其脂质以满足身体不断变化的需求。”
理解大脑衰老和疾病的新工具
该脂质大脑图谱可在线免费获取，使全球科学家能够探索大脑生物学中这一以前难以研究的方面。
通过将脂质信息与现有的基因和细胞图谱相结合，研究人员可以更全面地了解大脑是如何组织的，以及其化学成分如何随时间变化。
该图谱还为健康小鼠脑组织建立了详细的参考。科学家可以利用它来研究脂质分布的破坏如何促成大脑发育、衰老以及阿尔茨海默病和抑郁症等疾病。
尽管特定的小鼠大脑图谱不能直接应用于人类，但用于创建它的方法可以帮助研究人员在人脑中发现类似的模式。
“能转化到人类身上的不是图谱，而是方法，以及我们现在知道健康的大脑本身就有一个非常有组织的脂质图谱这一事实，”Luca Fusar Bassini说。