Cell Rep｜陳獻威/高紹榮/高亞威團隊建立LGE/CGE型GABA能神經(jīng)元高效分化新方案

GABA 能神經(jīng)元是大腦主要的抑制性神經(jīng)元，通過精細調(diào)控中樞神經(jīng)系統(tǒng)的興奮 – 抑制平衡，維持神經(jīng)回路的正常功能。發(fā)育過程中，它們主要起源于腹側(cè)前腦的神經(jīng)節(jié)隆起區(qū)域，包括內(nèi)側(cè)（MGE）、外側(cè)（LGE）和尾側(cè)（CGE）神經(jīng)節(jié)隆起。 GABA 能神經(jīng)元功能異常可引發(fā)癲癇、亨廷頓病等多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病。基于人多能干細胞構(gòu)建的 GABA 能神經(jīng)元模型，為研究其發(fā)育過程、解析疾病機制、開展藥物篩選以及探索細胞治療提供重要的人源化平臺，對推動神經(jīng)系統(tǒng)疾病的基礎研究和臨床轉(zhuǎn)化具有重要價值。

近日，同濟大學生命科學與技術(shù)學院陳獻威研究員、高紹榮教授和高亞威教授在Cell Reports期刊上合作發(fā)表題為Generating LGE/CGE Organoids from Human Pluripotent Stem Cell-derived Brain Organoids Without External Signal Induction的研究論文，該研究建立了一種創(chuàng)新的無外源信號誘導策略，利用大腦類器官（ brain organoids, BOs）高效分化產(chǎn)生包含高純度GABA能神經(jīng)元的LGE/CGE類器官（L COs ） ，為人類大腦發(fā)育機制研究、疾病模型建立及細胞治療開發(fā)提供了新型的人源化平臺。

在培養(yǎng)大腦類器官 的過程中，研究團隊發(fā)現(xiàn)了一種有趣的“出芽”現(xiàn)象： 在未施加任何特定外源信號誘導的情況下，大腦類器官 表面 可 自發(fā) 形成 大量小型芽狀結(jié)構(gòu) 。這些結(jié)構(gòu)隨后從類腦表面自動脫落，形成懸浮的微球 。研究人員將這 種 由 大腦類器官經(jīng)“出芽” 形成的微球命名為BOMSs（BO-derived mini spheres）。 BOMSs的獨特產(chǎn)生方式引起了研究人員的高度關(guān)注。進一步的表征分析顯示，這些BOMSs在結(jié)構(gòu)和細胞組成方面均與大腦類器官存在顯著差異，其主要由表達PAX6和SOX2的神經(jīng)元組成。結(jié)合轉(zhuǎn)錄組測序、免疫熒光染色及功能分析，研究人員進一步發(fā)現(xiàn)，BOMSs主要有GABA能神經(jīng)元組成，并且可在體外進一步成熟為具有功能性的抑制性神經(jīng)元。

為明確 BOMSs中神經(jīng)元的發(fā)育來源（LGE、CGE或MGE型） ，研究人員對 BOMSs 和大腦類器官進行了單細胞測序分析，發(fā)現(xiàn)BOMSs神經(jīng)元主要由LGE和CGE型神經(jīng)元組成，其總占比超過90%。值得注意的是，BOMSs中LGE和CGE型神經(jīng)元的比例大致相當，二者各約占一半。其中，LGE型神經(jīng)元具備成熟為紋狀體中型棘狀神經(jīng)元（ medium spiny neurons，MSNs ）的潛能。通過將 BOMSs 的單細胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)與人類胚胎LGE/CGE區(qū)域的單細胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進行對比分析，研究人員發(fā)現(xiàn)二者在轉(zhuǎn)錄水平上高度相似，且BOMSs的發(fā)育階段大致對應人類胚胎的 GW12–13 時期 。基于上述結(jié)果，研究人員將BOMSs定義為LCOs。

在此基礎上，研究團隊進一步探索了從 LCOs中富集LGE和CGE型類神經(jīng)元的策略。研究發(fā)現(xiàn)，趨化因子受體CXCR4在LCOs中特異性表達于CGE型神經(jīng)元表面。基于這一特征，研究人員建立了一種從LCOs中高效分離并富集CGE和LGE 型神經(jīng)元的新方法，為獲得高純度特定類型神經(jīng)元提供了全新的技術(shù)路線和實驗策略。

綜上所述，本研究首次基于大腦類器官的表面“出芽”現(xiàn)象,建立了 LCOs 的制備方法。該方法在無需外源信號誘導的條件下，充分利用大腦類器官的內(nèi)在分化潛能，高效獲得了富含高純度 GABA能神經(jīng)元的LCOs。 該體系為 LGE/CGE的發(fā)育機制研究、相關(guān)神經(jīng)疾病模型的構(gòu)建以及細胞治療策略的開發(fā)提供了一種全新且高度人源化的研究平臺。

同濟大學生命科學與技術(shù)學院陳獻威研究員、高紹榮教授、高亞威教授為論文共同通訊作者，同濟大學生命科學與技術(shù)學院博士研究生朱曉瑾、白志樂、任宇晗和常展赫為論文共同第一作者。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211124725015529

制版人：十一

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