自閉癥是大腦過度生長？Cell Stem Cell：培育出人類皮層類器官，發現自閉癥相關大腦過度生長的關鍵細胞

自閉癥的早期診斷與干預一直是醫學領域的難題，而大腦過度生長已被證實是自閉癥的重要早期生物標志物。

近日，北卡羅來納大學教堂山分校醫學院Jason Stein博士團隊在

Cell Stem Cell

自閉癥是一種復雜的神經發育障礙，全球發病率持續上升，給無數家庭帶來沉重負擔。長期以來，研究人員發現，部分自閉癥患兒在嬰兒期就會出現大腦體積異常增大的現象，但背后的細胞和分子機制始終不明確。

此前，由北卡羅來納大學教堂山分校主導的嬰兒腦成像研究網絡（IBIS），通過近 20 年的追蹤，對具有高自閉癥家族風險的嬰兒大腦進行了系統掃描，為理解自閉癥的早期腦部特征積累了寶貴數據。而 Stein 團隊的這項新研究，正是基于 IBIS 的臨床資源，搭建了連接臨床觀察與細胞機制的橋梁。

為了精準復刻人類早期大腦發育過程，研究團隊開展了跨學科合作——聯合醫學院的臨床醫生、精神病學家與實驗室研究人員，構建了前所未有的腦發育細胞模型。

他們首先從 IBIS 研究中的 18 名個體身上收集全血樣本，提取外周血單個核細胞，將其 “重編程” 為誘導多能干細胞。

這些干細胞具有分化為任意細胞類型的潛力，研究人員通過精準調控，引導它們發育成能模仿人腦部分結構和功能的腦類器官——這種 “微型大腦” 在培養皿中就能重現早期大腦的發育特征，成為研究神經發育障礙的理想工具。

經過細致觀察與分析，研究團隊取得了關鍵發現：神經前體細胞和脈絡叢上皮細胞的變化，與供體參與者的大腦尺寸密切相關。神經前體細胞是制造神經元等各類腦細胞的 “母細胞”，其增殖與分化直接決定了大腦的發育規模；脈絡叢上皮細胞則構成了大腦中的特殊細胞層，能分泌腦脊液相關成分，為神經前體細胞的生長和修復提供重要支持。

進一步研究證實，神經前體細胞中特定基因的表達水平，與較大的大腦尺寸之間存在明確關聯，這一發現不僅揭示了自閉癥相關大腦過度生長的細胞基礎，更直接驗證了他們構建的腦類器官模型，能夠精準模擬真實人腦的發育特征。

“我們的研究表明，源自參與者的腦類器官是研究早期大腦發育的優質模型系統。” 目前任職于波士頓兒童醫院/哈佛醫學院的 Rose Glass 博士表示，“現在我們可以利用這些信息，研究環境毒素暴露等因素引發的細胞變化，以及它們如何導致自閉癥。”

這一模型的成功構建，解決了直接研究人類早期大腦發育的倫理與技術難題，為自閉癥研究提供了全新的實驗平臺。

基于這一可靠模型，Stein 實驗室已規劃了更深入的研究方向。他們目前正聚焦于孕期環境暴露對自閉癥的影響，重點研究丙戊酸等環境毒物的短期和長期作用。通過比較自閉癥患者與非自閉癥個體的腦類器官，研究人員希望明確這些化學物質如何影響神經前體細胞和脈絡叢上皮細胞的功能，進而導致大腦發育異常，同時探索遺傳風險因素如何加劇這些環境影響。

“我們現在專注于研究與自閉癥診斷相關的產前暴露，”Stein 博士介紹，“希望搞清楚環境毒物如何影響早期大腦發育，以及遺傳因素如何放大這些效應。”

這項研究的意義遠超基礎機制探索：一方面，它明確了神經前體細胞和脈絡叢上皮細胞在自閉癥相關大腦過度生長中的核心作用，為開發自閉癥早期篩查的生物標志物提供了靶點；另一方面，腦類器官模型的成功驗證，讓研究人員能夠在體外模擬自閉癥的發病過程，快速篩選潛在的干預藥物，為實現自閉癥的早期干預提供了可能。

對于有自閉癥家族史的家庭而言，這一進展意味著未來或許能通過檢測相關細胞的基因表達特征，實現更早的風險篩查；而針對關鍵細胞的靶向干預，也有望延緩甚至改善自閉癥的神經發育異常。

隨著研究的深入，腦類器官模型將持續發揮重要作用，助力科學家們解鎖更多自閉癥的發病謎題。未來，結合遺傳檢測、環境暴露評估與細胞功能分析，有望構建出更精準的自閉癥風險預測體系，讓早期干預成為現實，為自閉癥患兒及其家庭帶來新的希望。

參考資料：

[1]Madison R. Glass et al, Human cortical organoids recapitulate inter-individual variability in infant brain-growth trajectories, Cell Stem Cell (2025). DOI: 10.1016/j.stem.2025.12.001.

來源 | 生物谷

撰文 | 生物谷

編輯 | 木白

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