大脑皮层作为哺乳动物大脑中最为复杂的结构之一,是高级神经活动的物质基础。大脑主导机体内一切活动过程,人们对大脑的研究已有几个世纪的历史。大脑的跨物种对比分析作为研究智能进化的重要基础之一,一直是人们关注的热点问题。近年来,随着生物和信息技术的发展,对大脑的研究已经达到细胞和分子水平,研究人员已经开始基于单细胞转录组测序等技术解析小鼠、灵长类动物和人类的脑细胞图谱,然而目前的研究局限在初级运动皮层和颞中回等个别脑区,更多脑区及跨物种的比较分析亟待探索与解决。本研究利用单核测序技术获得了5个成年人14个脑区的229263个单细胞转录组数据,同时收集了2个猕猴脑区22601个单细胞和15个小鼠脑区10万个单细胞的转录组数据。本研究基于这些数据进行了跨物种的脑细胞图谱比较分析,主要包括三方面内容:首先,基于基因表达特征的脑细胞类型鉴定及功能注释构建多物种脑细胞转录组图谱;其次,根据物种间保守的同源基因识别不同物种间同源的脑细胞亚群;最后,基于物种特异性脑细胞亚群及标志基因的筛选揭示物种智能发育的潜在分子基础。对于三个物种,脑细胞在被划分为兴奋性神经元、抑制性神经元和非神经元的基础上,又进一步划分为不同的细胞亚群。人类142个细胞簇被划分为19个细胞亚群,猕猴96个细胞簇被划分为18个细胞亚群,小鼠206个细胞簇被划分为23个细胞亚群;且在每个物种中兴奋性神经元占比更多。在三个物种中,我们筛选了共3769个同源基因。虽然在同源细胞类型方面,猕猴、小鼠能与人较好地匹配,但是在细胞簇的数量、分布和多样性等方面仍存在不同。富集分析则表明在进化中细胞发生的差异出现在神经元的分化和发育,细胞的粘附、运动和迁移,细胞凋亡,离子稳态和信号传导等通路。综上所述,本研究通过构建人、猕猴和小鼠三个物种的脑细胞图谱并进行跨物种的细胞同源性对比分析,以加强对大脑认知能力和疾病易感性的理解,增进对大脑进化和脑疾病发病机制的理解,并在一定程度上解释模式动物在医学和临床试验的结果无法高效应用于人的原因,帮助生物建模。