新AI人體圖揭示肥胖對臉部神經的隱藏攻擊

該研究還在人體組織中發現了類似的分子模式，這表明與肥胖相關的神經損傷的重要方面可能發生在小鼠和人類身上。研究結果發表在期刊上 自然。

眾所周知，肥胖不僅影響體重和新陳代謝。它可以改變免疫活動、破壞神經結構並重塑全身組織，從而增加 2 型糖尿病、心血管疾病、中風、神經病變和癌症等疾病的風險。儘管有這些廣泛的影響，科學家們仍然缺乏詳細研究整個身體與疾病相關的變化的工具。

為了因應這項挑戰，由慕尼黑亥姆霍茲生物智慧研究所 (iBIO) 所長、慕尼黑大學教授 Ali Ertürk 教授領導的研究團隊開發了 MouseMapper。 AI框架使用基於底層模型的深度學習演算法來分析海量全身影像資料集。

該系統可自動辨識和分割 31 種器官和組織，同時繪​​製全身神經和免疫細胞的圖譜。這使得研究人員能夠同時研究疾病如何影響整隻小鼠的多個器官系統。

研究的第一作者 Ying Chen 表示：“MouseMapper 建立在基本模型之上，這意味著它的泛化能力遠遠超出了最初訓練的數據範圍。”

透明小鼠和全身影像

為了建構身體圖，研究人員首先使用在顯微鏡下發光的螢光標記來標記小鼠的神經和免疫細胞。然後，他們使用組織透明方法使小鼠透明，同時保留螢光訊號，使科學家能夠在不切割組織的情況下看到身體深處。

然後，研究小組使用先進的光片顯微鏡捕捉整隻小鼠的詳細三維影像。這個過程產生了大量的資料集，其中包括來自全身器官和組織的數千萬個細胞結構。

然後，MouseMapper 自動分析影像，識別動物的解剖區域、神經網路和免疫細胞簇。

這種方法使研究人員能夠準確定位脂肪組織、肌肉、肝臟和周邊神經中發炎和組織損傷發生的位置。與早期的方法不同，科學家不必事先選擇特定區域進行分析。

肥胖與顏面神經損傷有關

為了研究肥胖如何改變身體，研究人員餵食老鼠高脂肪飲食，這種飲食會導致肥胖和類似人類的代謝問題。

使用 MouseMapper，研究團隊發現全身免疫細胞和神經結構的組織發生了廣泛的變化。最令人驚訝的發現之一涉及三叉神經，它是負責臉部感覺和某些運動功能的主要臉部神經。

在肥胖小鼠中，這些感覺神經的分支和神經末梢顯著減少，顯示神經功能受損。行為測試支持了這個結論，顯示與瘦小鼠相比，肥胖小鼠對感官刺激的反應較小。

研究人員隨後將注意力集中在三叉神經節上，它包含臉部感覺神經元的細胞體。透過空間蛋白質體學分析，他們確定了與發炎和神經重塑相關的分子變化。

重要的是，在肥胖個體的三叉神經組織中也發現了許多相同的分子特徵。這表明在小鼠中觀察到的與神經相關的變化也可能發生在人類身上。

「我們揭示了三叉神經節及其面部分支迄今為止未知的結構和分子變化，並且在人體組織中保留了相同的分子特徵。這種發現不可能透過一次研究一個器官而產生，」糖尿病和癌症研究所 (IDC) 的高級科學家、慕尼黑亥姆霍茲研究的第一作者 Doris Kaltenecker 博士說。

分析複雜疾病的新工具

研究人員相信，MouseMapper 可能成為研究同時影響多個器官系統的疾病的重要工具，包括糖尿病、癌症、神經退化性疾病和自體免疫疾病。

與先前專注於單一組織或器官的方法不同，MouseMapper 提供了一個整合的全身分析系統，可以識別整個生物體的疾病部位。

該團隊已在網路上公開提供全身性資料集，以便世界各地的研究人員可以研究與肥胖相關的器官和組織變化。

「我們的目標是創建一個全面的框架，以了解疾病如何影響作為一個相互關聯的系統的身體，」Ali Ertürk 說。 “我們的長期願景是建立真正真實的健康和疾病小鼠數字雙胞胎：我們可以在計算機中查詢、幹擾和計算的細胞級圖譜。這將識別疾病引起的早期變化，而我們需要進行物理實驗來設計幹預措施來預防它們並加速新療法的發現。”

歐洲研究理事會（Consolidator Grant CALVARIA 授予 A. Ertürk；授予 949017 授予 M. Rohm）、慕尼黑神經病學系統集群德國卓越戰略內的德國研究基金會 (DFG)（SyNergy，ID 390857198，EXC 21 DFG SFB（SyNergy，ID 390857198，EXC 21 DFG SFBL1901257190857525 212533125 2125325 2125751325 EX2525 21257525 212575 21257525 21257525 2125325 2132575 213257525 21325325 EXB 。 EFSD 和諾和諾德 A/S 歐洲糖尿病研究計畫（致 D. Kaltenecker），以及中國國家留學基金委員會（致 Y. Chen）。