慕尼黑亥姆霍兹中心(Helmholtz Munich)、慕尼黑路德维希-马克西米利安大学(LMU)及合作机构的研究人员开发了一种人工智能(AI)框架，该框架能够以细胞级分辨率绘制整个小鼠体内与疾病相关的变化。利用这一名为MouseMapper的新平台，研究人员发现了肥胖导致的广泛炎症以及此前未被认识的面部感觉神经损伤。重要的是，他们还在人体组织中识别出相应的分子特征，表明与肥胖相关的神经损伤关键特征在不同物种间具有保守性。相关研究成果今日发表在《自然》杂志上。
肥胖的影响远不止于新陈代谢和脂肪储存。它改变了多个器官系统的免疫活动、神经结构和组织结构，增加了包括2型糖尿病、心血管疾病、中风、神经病变和癌症在内的多种疾病风险。然而，尽管存在这些系统性影响，研究人员一直缺乏能够对完整生物体内整个身体进行高分辨率疾病相关变化研究的工具。
由慕尼黑亥姆霍兹中心生物智能研究所(iBIO)所长、LMU教授阿里·埃尔图克(Ali Ertürk)领导的研究团队现已开发出MouseMapper，这是一套基于基础模型的深度学习算法，旨在分析全身生物成像数据。该框架自动分割31个器官和组织类型，同时定量绘制全身的神经和免疫细胞，使对完整小鼠的全面多系统分析成为可能。
"MouseMapper建立在基础模型之上，这意味着它能够远远超出其原始训练数据进行泛化，"该研究的共同第一作者陈颖(Ying Chen)表示。
透视整只透明小鼠
为创建全身图谱，研究人员用显微镜下可见的荧光标记物标记小鼠体内的神经和免疫细胞。随后，他们使用组织透明化技术使动物身体变得透明，同时保留荧光信号，从而实现对完整生物体内部的成像。
利用专门的光片显微镜，研究团队捕获了整只小鼠的详细三维图像，产生了包含数千万个细胞结构的跨器官和组织数据集。随后，MouseMapper自动分析这些数据，识别出全身的神经、免疫细胞簇和解剖区域。
这使研究人员能够精确确定炎症和结构损伤在不同组织中的发生位置——包括脂肪、肌肉、肝脏和周围神经——无需研究人员预先选择特定的兴趣区域。
从鼠到人的肥胖新见解
为研究肥胖如何重塑身体，研究人员给小鼠喂食高脂饮食，诱导出与人类观察到的相似的肥胖和代谢功能障碍。应用MouseMapper揭示了全身免疫细胞组织和神经结构的广泛变化。
最引人注目的发现之一是三叉神经（负责面部感觉和运动功能的主要面部神经）的部分结构变化。在肥胖小鼠中，这些感觉神经的末端和分支要少得多，表明正常神经功能丧失。行为实验进一步表明，与瘦小鼠相比，这些动物对感觉刺激的反应较弱，将结构损伤与感觉功能障碍联系起来。
研究人员随后检查了三叉神经节，即包含面部感觉神经元胞体的结构。通过空间蛋白质组学，他们识别出与神经重塑和炎症相关的分子变化。值得注意的是，在肥胖人群的三叉神经组织中也检测到了许多相同的分子特征，表明在小鼠中观察到的与肥胖相关的神经改变在人类中同样存在。
"我们揭示了三叉神经节及其面部分支以前未知的结构和分子变化，并且相同的分子特征在人体组织中得到保留。这种发现根本无法通过一次研究一个器官的方式获得，"慕尼黑亥姆霍兹中心糖尿病与癌症研究所(IDC)高级科学家、该研究的第一作者多丽丝·卡尔特内克(Doris Kaltenecker)博士表示。
用于研究系统性疾病的平台
除了肥胖之外，研究人员认为MouseMapper可以改变对同时影响多个器官系统的复杂疾病的研究，包括糖尿病、癌症、神经退行性疾病和自身免疫疾病。与早期专注于特定器官或组织的方法不同，MouseMapper提供了一个集成的全身分析平台，能够识别整个生物体内的疾病"热点"。
研究团队已将全身数据集公开在线提供，使全球科学家能够探索肥胖相关的变化在组织和器官系统中的表现。
"我们的目标是创建一个全面的框架，以了解疾病如何作为互联系统影响身体，"阿里·埃尔图克表示。"我们的长期愿景是构建真正逼真的健康和疾病小鼠数字孪生体：我们可以查询、扰动和在计算机上进行筛选的细胞级图谱。这将使我们能够精确定位疾病引起的最早变化，设计干预措施以预防它们，并加速新治疗方法的发现，同时减少我们需要进行的物理实验数量。"
原始出版物
Kaltenecker等，2026年：深度学习框架揭示细胞水平的全身扰动。《自然》。DOI: 10.1038/s41586-026-10535-2
关于慕尼黑亥姆霍兹中心
慕尼黑亥姆霍兹中心是一个领先的生物医学研究中心。其使命是为快速变化世界中的更好健康开发突破性解决方案。跨学科研究团队专注于环境触发的疾病，特别是糖尿病、肥胖、过敏和慢性肺部疾病的治疗和预防。借助人工智能和生物工程的力量，研究人员加速向患者的转化。慕尼黑亥姆霍兹中心拥有2550多名员工，总部位于慕尼黑/诺伊赫贝格。它是德国最大的科学组织亥姆霍兹协会的成员，该协会拥有超过46,000名员工和18个研究中心。
关于研究人员
阿里·埃尔图克教授是慕尼黑亥姆霍兹中心智能生物技术研究所(iBIO)所长，同时也是慕尼黑路德维希-马克西米利安大学的教授。
多丽丝·卡尔特内克博士是慕尼黑亥姆霍兹中心赫尔姆霍兹糖尿病中心糖尿病与癌症研究所(IDC)的高级科学家。
多媒体
全身3D重建、AI分割和补充视频可通过交互式在线图谱获取。高分辨率图像和动画可根据要求提供。
版权声明：慕尼黑亥姆霍兹中心 / 埃尔图克实验室
资助信息
本工作得到了欧洲研究委员会(ERC)、德国研究基金会(DFG)、德国联邦教育和研究部、血管痴呆研究基金会、Nomis基金会心脏图谱项目资助、Else-Kröner-Fresenius基金会、Edith-Haberland-Wagner基金会、Helmut Horten基金会、欧洲糖尿病研究基金会和诺和诺德A/S欧洲糖尿病研究计划以及中国国家留学基金管理委员会的支持。
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