Cell Rep｜陈献威/高绍荣/高亚威团队建立LGE/CGE型GABA能神经元高效分化新方案

GABA 能神经元是大脑主要的抑制性神经元，通过精细调控中枢神经系统的兴奋 – 抑制平衡，维持神经回路的正常功能。发育过程中，它们主要起源于腹侧前脑的神经节隆起区域，包括内侧（MGE）、外侧（LGE）和尾侧（CGE）神经节隆起。 GABA 能神经元功能异常可引发癫痫、亨廷顿病等多种神经系统疾病。基于人多能干细胞构建的 GABA 能神经元模型，为研究其发育过程、解析疾病机制、开展药物筛选以及探索细胞治疗提供重要的人源化平台，对推动神经系统疾病的基础研究和临床转化具有重要价值。

近日，同济大学生命科学与技术学院陈献威研究员、高绍荣教授和高亚威教授在Cell Reports期刊上合作发表题为Generating LGE/CGE Organoids from Human Pluripotent Stem Cell-derived Brain Organoids Without External Signal Induction的研究论文，该研究建立了一种创新的无外源信号诱导策略，利用大脑类器官（ brain organoids, BOs）高效分化产生包含高纯度GABA能神经元的LGE/CGE类器官（L COs ） ，为人类大脑发育机制研究、疾病模型建立及细胞治疗开发提供了新型的人源化平台。

在培养大脑类器官 的过程中，研究团队发现了一种有趣的“出芽”现象： 在未施加任何特定外源信号诱导的情况下，大脑类器官 表面 可 自发 形成 大量小型芽状结构 。这些结构随后从类脑表面自动脱落，形成悬浮的微球 。研究人员将这 种 由 大脑类器官经“出芽” 形成的微球命名为BOMSs（BO-derived mini spheres）。 BOMSs的独特产生方式引起了研究人员的高度关注。进一步的表征分析显示，这些BOMSs在结构和细胞组成方面均与大脑类器官存在显著差异，其主要由表达PAX6和SOX2的神经元组成。结合转录组测序、免疫荧光染色及功能分析，研究人员进一步发现，BOMSs主要有GABA能神经元组成，并且可在体外进一步成熟为具有功能性的抑制性神经元。

为明确 BOMSs中神经元的发育来源（LGE、CGE或MGE型） ，研究人员对 BOMSs 和大脑类器官进行了单细胞测序分析，发现BOMSs神经元主要由LGE和CGE型神经元组成，其总占比超过90%。值得注意的是，BOMSs中LGE和CGE型神经元的比例大致相当，二者各约占一半。其中，LGE型神经元具备成熟为纹状体中型棘状神经元（ medium spiny neurons，MSNs ）的潜能。通过将 BOMSs 的单细胞转录组数据与人类胚胎LGE/CGE区域的单细胞转录组数据进行对比分析，研究人员发现二者在转录水平上高度相似，且BOMSs的发育阶段大致对应人类胚胎的 GW12–13 时期 。基于上述结果，研究人员将BOMSs定义为LCOs。

在此基础上，研究团队进一步探索了从 LCOs中富集LGE和CGE型类神经元的策略。研究发现，趋化因子受体CXCR4在LCOs中特异性表达于CGE型神经元表面。基于这一特征，研究人员建立了一种从LCOs中高效分离并富集CGE和LGE 型神经元的新方法，为获得高纯度特定类型神经元提供了全新的技术路线和实验策略。

综上所述，本研究首次基于大脑类器官的表面“出芽”现象,建立了 LCOs 的制备方法。该方法在无需外源信号诱导的条件下，充分利用大脑类器官的内在分化潜能，高效获得了富含高纯度 GABA能神经元的LCOs。 该体系为 LGE/CGE的发育机制研究、相关神经疾病模型的构建以及细胞治疗策略的开发提供了一种全新且高度人源化的研究平台。

同济大学生命科学与技术学院陈献威研究员、高绍荣教授、高亚威教授为论文共同通讯作者，同济大学生命科学与技术学院博士研究生朱晓瑾、白志乐、任宇晗和常展赫为论文共同第一作者。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211124725015529

制版人：十一

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