Adv Sci：复旦大学邵志成团队等构建患者星形胶质细胞来源的大脑类器官，揭示难治性癫痫患者全新发病特征

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

癫痫是一种常见的神经系统疾病，其特征在于大脑神经元的异常放电现象，这些放电具有自发性和周期性复发的特点，严重影响人群健康。约 40% 难手术治愈的儿童癫痫患者有皮质发育异常（Malformations of Cortical Development，MCD）。其中，局灶性皮质发育不良（Focal cortical dysplasia，FCD）是最常见的类型，表现为皮层结构紊乱以及异常神经元和气球样细胞的存在。FCD 与神经细胞中的低水平嵌合突变有关。研究发现，这些突变可能在细胞增殖过程中出现，影响细胞发育，进而可能引起癫痫的发生。因此，解析这些异常细胞的起源，以及如何介导大脑异常放电的机理，可以为开发全新的治疗策略奠定坚实的研究基础。

mTOR信号通路在细胞生长、增殖和代谢方面扮演重要作用。大脑发育过程中，mTOR 信号通路的过度激活会干扰神经元的成熟和迁移，导致神经元异常增大和异形神经元的形成，在 II 型 FCD 的发病中发挥重要作用。然而即使对切除脑组织采用深度测序仍有很大比例的 II 型 FCD 患者无法检测到致病性突变，多数 FCD 患者个体发病机制显示了很强的异质性，难以解析其个体特异的发病机理，阻碍了难治性癫痫个体化精准治疗。因此，构建患者个体化 FCD 模型对于探索精确治疗策略至关重要。

2024年12月31日，复旦大学脑科学转化研究院邵志成课题组联合上海交通大学医学院附属上海市儿童医院赵瑞主任医师、复旦大学附属儿科医院王艺教授团队，在Advanced Science期刊发表了题为：Personalized Human Astrocyte-Derived Region-Specific Forebrain Organoids Recapitulate Endogenous Pathological Features of Focal Cortical Dysplasia 的研究论文。

邵志成团队在研究中首次利用患者手术样本提取了人星形胶质细胞通过重编程制备了患者来源的背侧和腹侧前脑类器官（DFO 和 VFO）。发现了 FCD 患者 DFO 和 VFO 癫痫模型中出现心肌细胞的异位发育现象。心肌细胞由 BMP 和 WNT 信号调控的中胚层发育而来 。

在 FCD 患者的脑组织中，异形细胞表现出高水平的 BMP4 表达，包括异形神经元、气球样细胞、巨形细胞和反应性星形胶质细胞。研究团队观察到，在背侧前脑类器官和患者皮质组织中，BMP 和 WNT 信号的激活水平较高。研究结果显示，部分患者类器官中的细胞在神经分化过程中仍可以保持多能干细胞性特性。由于 BMP 和 WNT 信号的持续高水平激活，导致未分化的多能性细胞可能分化为心肌细胞。

该研究结果揭示了心肌细胞可能在 FCD 患者大脑发育的早期阶段在大脑皮质中异位发育，异位的心肌样细胞通过与神经元相互作用，最终可能介导 FCD 相关癫痫的发生 （图1） 。

图1. scRNA-seq分析揭示了FCD类器官心肌细胞样细胞发育异常

此外，这些来源于患者星形胶质细胞的特异性脑类器官表现出癫痫样放电的病理特征。重要的是研究者们使用钙成像记录发现背侧和腹侧前脑类器官中神经元的高度同步化的簇状钙活动并且具有传播扩散的特征（图2）。

图2. FCD前脑类器官癫痫样簇状钙活动和传播特征

局灶性皮层发育不良是一种具有高度异质性的神经发育异常疾病，其背后的具体机制至今尚未完全揭示。邵志成团队利用 II 型 FCD 患者大脑中星形胶质细胞重建了患者个体的背侧和腹侧前脑类器官（DFO、VFO）。再现了畸形神经元、气球细胞和星形胶质细胞增生的病理特征。值得注意的是，在一些 FCD 类器官和患者皮层组织中，由于 BMP 和 WNT 信号的高度激活，可能介导大脑皮层出现心肌细胞异位现象。进一步研究发现 FCD-DFO 和 FCD-VFO 中均观察到了类似癫痫的簇状放电以及具有传播性的簇状网络活动病理特征。

最后，研究团队发现，心脏类器官-神经类器官组装体也可以引起神经网络的活性增加。总的来说，通过从患者星形胶质细胞构建的个体化、区域特异前脑类器官，有效地重现 FCD 异质性病理特征，为开发药物和精确的治疗策略提供一个全新的研究平台（图3）。

图3. 研究结果示意图

复旦大学脑科学转化研究院/附属中山医院邵志成研究员和上海市儿童医院赵瑞主任、复旦大学附属儿童医院王艺教授为该论文的共同通讯作者。复旦大学脑科学转化研究院许锦洪博士后和博士生孔语菲为该论文的共同第一作者，邵志成团队其他成员对该研究也做出了重要贡献。该研究得到国家自然科学基金、科技部重点研发计划、上海市科技创新行动计划等基金的支持和资助。

邵志成研究员，上海市东方学者特聘教授。邵志成研究员及其团队主要利用特定脑疾病类型的诱导多能干细胞和神经类器官（Neural Organoid）技术，研究重大神经系统疾病的致病机制，寻找干预新靶点，开发全新治疗策略。目前，已经取得了一系列原创性成果包括：

1. 突破类器官技术瓶颈：开发了脑与脊髓类器官制备、冻存复苏及类器官互作新技术（Nature Biomedical Engineering 2023; iScience 2023; iScience 2024a/b; Cell Reports Methods, 2024; STAR protocols 2024）。

2. 创新诱导多能干细胞制备技术：发现了新重编程细胞因子和小分子药物，开发iPS制备新体系(Nature Communications 2016; Cell Reports 2016; Stem Cell Reviews and Reports 2022; Cell Regeneration 2025)。

3. 发现脑疾病机制并提出干预新策略：利用体细胞重编程-神经类器官新技术，解析了精神分裂症、脊髓损伤和癫痫等疾病的新机制，开拓干预新策略(Advanced Science 2024; Biomaterials 2020; Nature Neuroscience 2019)。

目前，邵志成团队获得国家自然科学基金委原创探索项目，科技部2030“脑科学与类脑研究”重大项目，国家重点研发计划，长三角科技创新共同体联合攻关等多个项目支持。 课题组招聘博士后，欢迎对脑类器官技术、精神疾病发病机制、类器官芯片及中枢神经再生相关领域有浓厚兴趣的优秀人才加入。感兴趣的候选人请将个人简历和能够证明其相关工作能力的应聘材料通过电子邮件发至： zcshao@fudan.edu.cn ，待遇面议。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202409774