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点击蓝字 关注我们 传播科学知识 促进同行交流 推动产业发展 服务国家战略  SCIENTIFICNature|人类干细胞模型揭示自闭症发育趋同与分化，为解析遗传异质性病理机制提供新视角 2026-01-30 这项研究利用人类诱导多能干细胞（hiPS）衍生的皮层类器官，系统探究了多种遗传性自闭症（ASD）模型在发育过程中的趋同与分化现象。通过在早期、中期、晚期多个时间点进行转录组分析，研究发现不同基因突变在发育早期往往表现出特异性的分子变化，但随着分化进程推移，其表达谱逐渐趋同，共同指向与神经前体细胞增殖、WNT信号通路以及突触功能相关的关键通路。研究进一步鉴定出一个核心的上游转录调控网络（M5模块），该网络富集了大量已知的ASD风险基因，并可能作为连接早期遗传变异与后期发育表型的关键枢纽。 这项工作的核心价值在于，它首次在细胞与分子层面，为自闭症这一高度异质性的神经发育障碍，提供了“不同起点、趋同终点”的发育生物学证据。这不仅深化了我们对ASD复杂病因机制的理解，更重要的是，它建立了一个强大的多基因并行研究平台，为识别共享的病理通路和潜在的治疗靶点奠定了新的模型基础。 研究背景 自闭症谱系障碍（Autism Spectrum Disorder, ASD），简称自闭症，是一种复杂的神经发育障碍，其核心特征为社会交往与沟通缺陷，以及重复刻板的行为和兴趣模式。根据世界卫生组织及多项流行病学研究估算，全球儿童ASD患病率接近2%，这意味着自闭症已成为影响全球数百万家庭的公共卫生挑战。然而，ASD的临床表现存在巨大的异质性，从需要终身支持的严重障碍到高功能个体，其表型谱系极为宽泛，这种“异症同病”的现象构成了ASD研究的核心挑战之一。 过去数十年的遗传学研究取得了里程碑式的进展，鉴定出超过100个与ASD高度相关的风险基因。这些基因突变（尤其是罕见的、新生的大效应突变）虽然仅能解释约10-15%的ASD病例，但它们如同一把钥匙，为我们开启了理解疾病生物学机制的大门。更为重要的是，全基因组关联研究（GWAS）揭示，常见遗传变异共同构成了至少50%的遗传风险，这使得ASD呈现出一种复杂的遗传架构：它既是众多独立罕见遗传病的集合，又受到广泛遗传背景的共同影响。然而，一个深刻的科学悖论随之浮现：遗传层面的极度异质性，为何在转录组和表观遗传层面却表现出令人惊讶的趋同性？ 对ASD患者尸检脑组织的分析发现，尽管致病基因各不相同，但大多数ASD个体（包括特定综合征型如15q11-13重复综合征）的脑组织中存在着一致的转录组失调模式。这种“遗传异质性”与“分子表型趋同性” 的矛盾，构成了ASD研究领域一个极具吸引力的核心科学问题。 要解析这一矛盾，我们必须将目光投向疾病发生的时间维度。大量证据表明，ASD的风险基因表达峰值出现在胎儿发育期，而人类大脑在出生后仍经历漫长的成熟过程。我们目前对ASD分子机制的理解，绝大多数基于成年后或儿童期的脑组织样本，此时关键的早期发育事件早已尘埃落定。这好比在森林火灾之后研究灰烬，难以还原火势蔓延的动态路径。因此，理解ASD如何从早期神经发育的扰动，最终演变为特定的神经生物学表型，需要一个能够在时间轴上动态观测人类脑发育过程的模型系统。这正是传统动物模型的局限所在：小鼠等模式生物的脑结构、发育时序及基因调控网络与人类存在显著差异，难以完全模拟人类特有的神经发育过程和疾病表型。 【现有研究的进展与突破】 正是在这一背景下，人类干细胞模型（human stem cell models），特别是人类诱导多能干细胞（human induced pluripotent stem cells, hiPS细胞）及其衍生物，为ASD研究带来了革命性的机遇。hiPS细胞技术能够将患者体细胞（如皮肤成纤维细胞）重编程为多能干细胞，再定向分化为特定的神经细胞类型（如神经元、胶质细胞）或三维脑类器官（organoids）。这一技术突破使得在体外构建“患者特异性”的人类大脑发育模型成为可能，为在受控环境中模拟、观察和干预神经发育过程提供了前所未有的平台。 近年来，利用hiPS细胞模型研究ASD已取得一系列重要发现。针对特定单基因突变（如SHANK3、CHD8、SYNGAP1等）的研究，成功在体外重现了神经元突触形成、网络活动或电生理特性方面的异常，验证了这些基因突变的致病潜力。更引人注目的是，近期研究开始探索多基因平行分析的威力。通过在控制遗传背景上利用CRISPR-Cas9技术同时扰动多个ASD风险基因，研究人员发现了分子通路上的收敛证据，例如在染色质重塑和突触功能相关通路上的共同失调。这些进展有力地证明了干细胞模型在解析ASD分子病理机制方面的巨大价值。 然而，一个关键的空白依然存在：大多数研究要么聚焦于少数几个已知的遗传综合征，要么局限于小样本的特发性ASD（idiopathic ASD）患者，缺乏一个能够同时涵盖多种遗传病因、并在统一框架内进行纵向发育比较的系统性研究。 这种研究设计的局限性，使得我们难以全面回答：不同遗传形式的ASD在发育轨迹上是“各自为政”还是“殊途同归”？如果存在“趋同”，它究竟发生在发育的哪个阶段？其背后的调控机制又是什么？ 【《自然》（Nature）里程碑研究的新发现】正是在这一研究空白的驱动下，发表于顶级期刊《自然》（Nature, 2025） 的一项开创性研究《干细胞模型揭示自闭症的发育趋同与分化》（Developmental convergence and divergence in human stem cell models of autism）为我们提供了系统性的答案。该研究汇集了一个前所未有的大型患者hiPS细胞库，涵盖了8种不同的ASD相关基因突变（包括染色体拷贝数变异如16p11.2 del/dup、22q13.3 del，以及单点突变如SHANK3、PCDH19、CACNA1C等）、特发性ASD个体以及匹配的对照个体。研究团队利用这些hiPS细胞，通过一种引导性分化方案，生成了人类皮层类器官（human cortical organoids, hCOs），并在体外培养长达100天，模拟了人类大脑皮层从早期神经祖细胞到成熟神经元和胶质细胞的发育过程。通过对四个关键时间点（第25、50、75和100天）的类器官进行高通量RNA测序，研究团队得以在时间轴上精细描绘不同ASD遗传形式的转录组动态变化。 这项研究的核心发现极具启发性：ASD的发育过程同时展现了“分化”（divergence）与“趋同”（convergence）的双重特性。 在发育早期（如第25天），不同遗传突变的类器官表现出显著的“分化” 特征，各自拥有独特的转录组指纹，基因表达变化高度依赖于具体的突变类型。然而，随着发育的推进，一个引人注目的现象发生了：尽管初始扰动各异，但不同遗传形式的类器官在转录组层面逐渐“趋同”，它们的基因表达谱与对照组的差异变得越来越相似。到第100天，这种趋同性达到高峰，不同ASD遗传形式之间转录组特征的相关性显著增强，远超早期阶段。这意味着，尽管疾病的“起点”不同，但其发育轨迹可能导向一个共同的“终点”——即共享的下游分子病理改变。 更进一步，研究通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）鉴定了一个核心的共表达网络（模块M5），该网络在早期被下调，且富含ASD风险基因。该模块包含多个染色质重塑复合物（如SWI-SNF复合物）的成员，被预测为驱动下游基因表达变化的“上游调控因子”。通过CRISPRi（CRISPR干扰）技术在人类神经祖细胞中对这些调控因子进行功能验证，研究证实了它们确实能调控与ASD风险相关的下游通路。这一发现揭示了一种可能的机制：不同的遗传突变可能通过影响早期发育中一个共同的、富含ASD风险基因的转录调控网络，最终汇聚到相似的生物学缺陷上，从而解释了ASD遗传异质性与分子表型趋同性之间的矛盾。 【现有研究的空白与挑战】 尽管《自然》这项研究取得了突破性进展，但ASD干细胞模型领域仍面临诸多挑战和未解之谜，这些空白也凸显了进一步深入研究的必要性。 首先，体外模型的生理真实性仍有局限。 类器官虽然能模拟大脑的三维结构和部分细胞类型，但它们缺乏完整的血管系统、免疫细胞、以及来自身体其他器官的远程信号输入。此外，类器官的培养环境与体内复杂的微环境（如细胞外基质、神经环路）存在差异。因此，观察到的“趋同”现象是否完全反映了体内发育过程，仍需更多体内证据的佐证。 其次，对“趋同”与“分化”动态机制的解析尚不充分。 该研究主要聚焦于转录组层面的趋同，并提出了一个上游调控网络（M5）的假说。然而，这一调控网络如何精确地整合不同的遗传扰动？除了转录调控，表观遗传修饰（如DNA甲基化、组蛋白修饰）、蛋白质翻译后修饰以及代谢重编程在其中扮演什么角色？这些深层次的调控机制仍有待挖掘。此外，“分化”阶段的独特分子特征是否也具有病理意义？例如，早期的特异性变化是否可能预示着不同的临床亚型或预后？ 第三，个体差异与复杂遗传背景的挑战。 该研究虽然包含了多种遗传突变，但样本量（尤其是每种突变类型的样本数）仍有限。对于占ASD病例大多数的特发性ASD，研究仅检测到少数差异表达基因，这强烈提示，特发性ASD可能具有更高的遗传异质性和更复杂的多基因互作模式，需要更大规模的样本和更精细的遗传分层才能揭示其共性机制。此外，非遗传因素（如环境、表观遗传）在ASD发病中的作用，以及它们如何与遗传风险相互作用，是当前模型难以完全模拟的。 最后，从机制到干预的转化鸿沟。 识别出关键的趋同通路（如染色质重塑）是重要一步，但如何将这些发现转化为治疗策略仍是巨大挑战。这些通路通常涉及复杂的调控网络，直接靶向可能带来不可预见的副作用。此外，基于体外模型筛选出的候选分子，能否在更复杂的体内环境中发挥治疗作用，仍需通过动物模型和最终的临床试验来验证。 【引出的科学问题与研究必要性】 综合上述背景，我们可以清晰地勾勒出当前ASD研究领域面临的核心科学问题：在人类大脑皮层发育的动态过程中，由不同遗传病因驱动的ASD，其神经发育轨迹是如何从早期的“分化”走向后期的“趋同”？这一“趋同”过程的核心分子机制是什么？它如何塑造最终的神经生物学表型？而“分化”阶段的特异性变化又蕴含着哪些潜在的生物学意义？ 回答这些问题具有极其重要的研究价值与必要性，主要体现在以下几个方面： 第一，解决动物模型的根本局限，实现人类特异性机制的精准解析。 如前所述，小鼠等动物模型在模拟人类大脑发育、尤其是人类特有的基因调控网络和疾病表型方面存在天然不足。人类干细胞模型，特别是能够模拟皮层发育的3D类器官，提供了一个“人类特异性”的窗口。通过在这一平台上系统比较多种ASD遗传形式的发育轨迹，我们能够直接观察人类神经细胞的命运决定、迁移、突触形成等关键过程，从而发现那些仅在人类大脑中保守或特异的病理机制。这对于理解ASD为何是一种“人类特有”的高发疾病至关重要。 第二，揭示“遗传异质性-表型趋同性”悖论的发育生物学基础，为疾病分类提供新范式。 《自然》研究揭示的“早期分化、晚期趋同”现象，为我们理解ASD的病理发生提供了全新的视角。它提示，ASD可能不仅仅是单一疾病的集合，而是一个在发育早期存在多种“起始路径”，但最终汇聚到少数几条共同“终末通路”的疾病谱系。深入研究这一趋同过程，有望识别出超越特定基因的“核心病理通路”或“枢纽节点”，这些通路可能成为比单一基因更普适的治疗靶点。同时，对“分化”阶段的深入分析，可能有助于识别与特定遗传背景相关的早期分子标志物，为早期诊断和个性化干预提供依据。 第三，弥补特发性ASD研究的巨大空白，推动精准医学的发展。 特发性ASD占据了临床病例的大多数，但其遗传基础复杂，研究难度大。通过系统研究已知遗传突变的发育轨迹，我们能够构建一个“遗传-分子-表型”的关联图谱。这将为解析特发性ASD的复杂遗传结构提供理论框架和方法学指导。例如，通过比较特发性ASD患者的类器官与已知遗传突变类器官的转录组特征，可能揭示出隐藏的、由罕见变异或多基因风险构成的亚型，从而实现更精细的患者分层，为未来精准的药物筛选和治疗方案制定奠定基础。 第四，为新药研发提供更可靠的临床前平台。 传统的药物筛选多在异源细胞系或动物模型中进行，其预测临床疗效的能力有限。基于患者来源的hiPS细胞模型，能够更真实地模拟人类疾病的生物学背景。通过在这些模型上（尤其是在体现“趋同”现象的晚期阶段）测试候选药物，评估其对核心病理通路（如染色质重塑、突触功能）的纠正能力，可以显著提高药物筛选的效率和成功率，降低临床试验失败的风险，加速ASD治疗药物的开发进程。 利用人类干细胞模型，系统探究ASD发育过程中的“趋同”与“分化”现象，不仅能够解答一个根本性的发育生物学问题，更将为理解ASD的复杂性、推动精准诊断和开发有效疗法提供关键的科学依据。这项研究连接了遗传学、发育生物学和神经科学，是迈向破解自闭症这一复杂疾病之谜的重要一步。关键实验技术  人类皮质类器官（hCO）的生成与培养 本研究的核心技术之一是利用人类诱导多能干细胞（hiPS细胞）生成三维皮质类器官（hCO）。该技术旨在模拟人类大脑皮层的早期发育过程，为研究自闭症谱系障碍（ASD）神经发育机制提供了一个高度相关的体外模型。 实验流程与关键步骤：1. hiPS细胞准备：从携带不同ASD相关遗传突变的个体及健康对照者中获取hiPS细胞。所有细胞系均经过严格的质量控制，包括全基因组测序以确认突变的存在并排除大的拷贝数变异。2. 类器官启动：将hiPS细胞消化成单细胞悬液后，在AggreWell 800板中通过重力聚集成大小均一的球体（Spheroids）。此步骤确保了类器官初始结构的均一性。3. 分化与培养：* 早期阶段（0-24天）：球体被转移至超低粘附培养皿中，在Essential 6培养基中进行悬浮培养，同时加入SMAD通路抑制剂（Dorsomorphin和SB431542）以及Wnt通路抑制剂（XAV939），以促进神经外胚层的特化。* 神经祖细胞扩增（第6-24天）：将球体转移至神经培养基，并添加表皮生长因子（EGF）和碱性成纤维细胞生长因子（bFGF）以支持神经祖细胞的增殖。* 神经元分化与成熟（第25-100天）：撤除生长因子，替换为添加脑源性神经营养因子（BDNF）和神经营养因子3（NT3）的神经培养基，以促进神经祖细胞向功能性谷氨酸能神经元的分化。培养持续100天，涵盖了从早期放射状胶质细胞到发育中的神经元和胶质细胞的多个阶段。 多时间点RNA测序（RNA-seq）分析 为了捕捉ASD相关遗传突变在神经发育过程中的动态转录组变化，研究采用了多时间点、高通量的RNA测序策略。 技术细节：1. 样本采集与制备：在类器官分化的四个关键时间点（第25、50、75和100天）收集类器官样本。每个时间点包含来自不同hiPS细胞系的多个生物学重复。2. 文库构建与测序：使用TruSeq Stranded RNA RiboZero Gold试剂盒制备文库。该方案通过去除核糖体RNA（rRNA）来富集信使RNA（mRNA），并保留链特异性信息。文库在Illumina HiSeq 4000平台上进行100bp双端测序。3. 数据分析流程：* 比对与定量：使用STAR比对器将测序读段（reads）比对到人类基因组（hg38），并使用RSEM软件进行基因表达定量。* 质量控制与标准化：采用严格的质控标准，移除低质量样本和离群值。通过计算基因表达的主成分（PCs）来识别并控制技术变异（如测序批次效应）。使用“dreamlet”线性混合模型进行差异表达分析，该模型能有效处理来自同一个体、同一个hiPS细胞系以及多次分化的重复样本之间的嵌套结构。 基因共表达网络分析（WGCNA） 为了超越单个基因的差异表达，揭示ASD相关突变如何影响更广泛的生物学通路和调控网络，研究采用了加权基因共表达网络分析（WGCNA）。 技术流程：1. 数据预处理：对RNA-seq基因表达数据进行条件分位数归一化，并回归掉性别、测序批次、遗传祖先主成分等协变量的影响。2. 网络构建：在每个时间点独立构建共表达网络。通过计算基因间的表达相关性（Spearman相关性），并使用软阈值幂函数将其转化为拓扑重叠矩阵，从而构建一个无标度的加权网络。3. 模块识别：基于拓扑重叠矩阵，使用动态树切割算法（Dynamic Tree Cut）将高度共表达的基因聚类成不同的模块（module）。4. 模块特征与关联分析：计算每个模块的特征向量（module eigengene，即模块内基因表达的第一主成分）。通过线性模型分析模块特征向量与不同ASD遗传形式以及整体ASD诊断的关联性。此分析揭示了在发育过程中，哪些共表达模块（代表特定的生物过程）受到突变的影响，以及这些影响是突变特异性的还是在不同突变间趋同的。 CRISPRi筛选与单细胞转录组测序（CROP-seq） 为了实验性验证由WGCNA预测的上游调控因子（M5模块中的转录调控因子）对其下游靶基因的调控作用，研究采用了基于CRISPR干扰（CRISPRi）的筛选技术。 技术细节：1. 细胞模型：使用NGN2诱导的人神经祖细胞（hNPCs）作为筛选平台。这些细胞能快速、同步地分化为兴奋性神经元，非常适合进行高通量筛选。2. 文库构建与递送：设计靶向26个M5模块候选调控因子的单向导RNA（sgRNA）文库（每个基因3个gRNA）以及非靶向对照。将该文库克隆到CROP-seq载体中，该载体同时表达dCas9-KRAB（用于转录抑制）和mCherry荧光蛋白标记。通过慢病毒感染将载体递送至hNPCs。3. 单细胞测序：感染7天后，通过流式细胞术分选双阳性（GFP表示dCas9-KRAB，mCherry表示sgRNA）的细胞。使用10x Genomics Chromium平台进行单细胞RNA测序（scRNA-seq）。每个细胞的转录组数据与其表达的特定gRNA通过独特的细胞条形码和分子标识符（UMI）进行关联。4. 数据分析：在单细胞水平上，比较表达特定靶基因gRNA的细胞与表达对照gRNA的细胞之间的基因表达差异。这可以直接评估每个调控因子被抑制后，对全转录组的影响，并验证其下游预测靶基因的表达变化。 免疫沉淀-质谱（IP-MS）验证蛋白-蛋白相互作用 为了验证由转录组数据预测的M5模块调控因子之间以及它们与下游靶蛋白之间的物理相互作用，研究采用免疫沉淀结合质谱技术。 技术流程：1. 抗体筛选与验证：针对候选调控因子（如SMARCB1, SMARCA4, EP300, TBP等）使用商业抗体进行Western Blot检测，验证抗体在hNPCs裂解液中的特异性。2. 免疫沉淀（IP）：使用验证通过的抗体，从hNPCs裂解液中免疫沉淀目标蛋白及其结合复合物。设置同型IgG作为阴性对照。3. 样品处理与质谱分析：将IP洗脱的蛋白质进行SDS-PAGE凝胶分离，切下目标条带进行胶内胰蛋白酶消化。将肽段通过纳米液相色谱（nanoLC）分离，并使用LTQ Orbitrap Velos Pro质谱仪进行在线串联质谱（MS/MS）分析。4. 数据分析：通过数据库搜索（如UniProt）鉴定与目标蛋白共沉淀的相互作用蛋白。通过比较实验组与IgG对照组的蛋白质鉴定结果和定量信息（如logFC），并利用置换检验评估相互作用网络的显著性，从而在蛋白质水平上验证M5模块调控因子形成的相互作用网络。 科普知识扩展：类器官技术 ：可以将其想象为在培养皿中培育出的“迷你器官”。它利用干细胞的自我更新和分化能力，在特定培养条件下引导干细胞逐步发育成具有三维结构和功能的微型组织。与传统的二维细胞培养相比，类器官能更好地模拟真实器官的细胞类型、空间结构和生理功能，因此在疾病模型、药物筛选和发育生物学研究中具有巨大潜力。本研究中的皮质类器官，就是模拟大脑皮层发育早期阶段的简化模型。CRISPRi筛选 ：这是一种强大的基因功能研究工具。与传统的CRISPR-Cas9基因编辑（直接切割DNA造成永久性敲除）不同，CRISPRi使用“失活”的Cas9蛋白（dCas9）结合转录抑制结构域（如KRAB）。当dCas9-KRAB复合物通过sgRNA被引导至基因的启动子区域时，它会招募抑制因子，从而在不改变DNA序列的情况下，暂时性、可逆地“关闭”（抑制）目标基因的表达。这种方法非常适合进行大规模的基因功能筛选，因为它可以快速测试多个基因被抑制后的细胞表型或转录组变化。IP-MS ：这是一种用于研究蛋白质相互作用的经典技术。其基本原理是“钓鱼”：用一种能特异性结合目标蛋白（“饵蛋白”）的抗体（“鱼钩”），从复杂的细胞裂解液（“池塘”）中“钓”出目标蛋白。与目标蛋白结合在一起的其他蛋白（“互作蛋白”）也会被一同“钓”上来。随后，通过质谱技术对这些被“钓”上来的蛋白进行鉴定和定量，从而绘制出蛋白质相互作用网络。结果解析 自闭症谱系障碍（ASD）具有高度的遗传异质性，已发现超过100个基因携带罕见风险突变。尽管病因多样，尸脑转录组分析却揭示了跨个体的共性失调模式。这一矛盾引出了本研究的核心科学问题：不同ASD相关基因突变，如何在人类神经发育过程中，既导致共享的病理通路（趋同），又产生各自特异的表型（分化）？ 研究团队假说，理解这一过程的关键在于探究突变效应在发育时间轴上的动态演变。 为系统解答这一问题，研究者整合了70条经过严格质控的人源iPSCs细胞系，涵盖8种ASD相关基因突变、特发性ASD个体及健康对照。利用引导分化技术，将这些细胞系分化为人源皮质类器官（hCOs），并在分化后第25、50、75和100天四个时间点，进行了大规模的批量及单细胞转录组测序（scRNA-seq）。通过跨时间、跨突变类型的系统性比较分析，旨在绘制出ASD遗传风险在人类神经发育中的动态分子图谱。 研究结果清晰地揭示了ASD遗传风险在发育过程中的“先分化后趋同”模式。首先，在发育早期（如第25天），不同基因突变表现出显著的特异性分子改变（分化）。如图2所示，携带不同突变的类器官样本在早期时间点形成了清晰的聚类，例如16p11.2缺失与PCDH19相关疾病、16p11.2重复与Timothy综合征等分别聚在一起，表明早期转录组变化具有明确的突变特异性。然而，随着发育进程，这些不同的突变通路逐渐汇聚，共享下游转录调控网络（趋同）。图2f-g 通过计算不同突变间基因表达变化的相关性，明确显示这种相关性在发育晚期（第100天）显著高于早期（第25天），且跨突变的“元分析”差异基因数量在晚期达到峰值，证实了趋同效应的增强。 深入分析揭示，这种趋同并非随机，而是指向一个核心的上游调控网络。研究者通过加权基因共表达网络分析（WGCNA）鉴定出一个关键的共表达模块M5。该模块富含早期神经发育中的转录调控因子和染色质重塑复合物成员（如SWI-SNF复合物），并且在多个早期突变模型中均被显著下调（图3c）。更重要的是，M5模块不仅与已知的ASD风险基因高度共表达（图3d），其表达变化还预测并驱动了下游多个生物学过程模块的改变（图4b-c）。CRISPRi筛选实验进一步在神经前体细胞中验证了M5核心调控因子（如RBBP5）确实能调控其预测的下游靶基因，并影响ASD相关通路（图6）。 这项研究通过构建大规模的遗传异质性ASD干细胞模型，系统阐明了ASD风险在人类神经发育中的作用机制。研究不仅证实了不同基因突变在早期发育阶段具有特异性，更关键的是，发现了一个由染色质调控因子（如M5模块）介导的共享上游网络，该网络在发育早期被扰动后，会通过“发育管道化”效应，在晚期汇聚于共同的神经生物学通路。这一发现为理解ASD的遗传异质性与临床表型共性之间的联系提供了新的理论框架，指明了染色质调控作为潜在治疗靶点的重要性。图注翻译 图 1 | 实验流程与验证。 (a) 从hiPS细胞到皮层类器官再到测序数据的示意图流程。图中标明了每种ASD形式及对照组的hiPS细胞系数量（括号内为个体数）。(b) 来自两种ASD形式（16p11.2缺失和22q13.3缺失）hiPS细胞系的hCO分化示意图。其他ASD形式的示意图见扩展数据图1。(c) 来自同一时间点和同一ASD形式的样本之间基因表达的Spearman相关系数，这些样本要么来自不同细胞系（红色），要么来自同一细胞系（蓝色）。每组（不同分化次数）的样本量如下：第25天：对照组，n = 46；15q13.3缺失，n = 7；16p11.2缺失，n = 5；16p11.2重复，n = 4；22q11.2缺失，n = 13；22q13.3缺失，n = 11；特发性，n = 12；PCDH19，n = 2；SHANK3，n = 2；Timothy综合征，n = 3。第50天：对照组，n = 53；15q13.3缺失，n = 7；16p11.2缺失，n = 6；16p11.2重复，n = 4；22q11.2缺失，n = 15；22q13.3缺失，n = 12；特发性，n = 15；PCDH19，n = 2；SHANK3，n = 2；Timothy综合征，n = 3。第75天：对照组，n = 54；15q13.3缺失，n = 7；16p11.2缺失，n = 6；16p11.2重复，n = 4；22q11.2缺失，n = 23；22q13.3缺失，n = 12；特发性，n = 15；PCDH19，n = 2；SHANK3，n = 2；Timothy综合征，n = 2。第100天：对照组，n = 50；15q13.3缺失，n = 6；16p11.2缺失，n = 6；16p11.2重复，n = 4；22q11.2缺失，n = 15；22q13.3缺失，n = 12；特发性，n = 15；PCDH19，n = 2；SHANK3，n = 2；Timothy综合征，n = 2。箱线图显示：中心线为中位数；下铰链为25%分位数；上铰链为75%分位数；下须线为大于或等于下铰链-1.5×四分位距的最小观测值；上须线为小于或等于上铰链+1.5×四分位距的最大观测值。(d) 缺失和重复中CNV内的基因分别被下调和上调，以16p11.2缺失（del）和重复（dup）以及15q13.3缺失为例。16p11.2缺失，61.5%的基因；16p11.2重复，50%的基因；15q13.3缺失，52.9%的基因。*dreamlet P值小于0.005。顶部图示改编自参考文献51，Springer Nature America；IP-MS和CRISPRi面板中的插图在BioRender中创建。Geschwind, D. (2025) (https://biorender.com/m2jkj03)。 图 2 | 聚类和ASD形式的重叠表明随发育进程增加的收敛性。 (a) 基于不同条件（ASD形式和分化天数）间logFC相关性的层次聚类热图。注释条（蓝色阴影）代表分化天数，彩色框代表ASD形式。(b) 每种ASD形式在hCO分化过程中差异表达基因（DEG）的数量。圆圈的颜色和大小代表DEG的数量。(c) 第25天不同ASD形式之间DEG的重叠。标明了数量和总基因的百分比。统计来自Fisher精确检验（双侧）。FDR < 0.005。(d) 独特和相交DEG中显著富集的基因本体论（GO）术语。统计来自clusterProfiler enrichGO。(e) 第25天DEG与ASD²,⁸、NDD和智力障碍风险基因⁹¹的重叠。颜色代表比值比（OR），大小代表-log₁₀ FDR。仅显示正显著重叠（OR > 1且FDR < 0.05）。统计来自Fisher精确检验（双侧）。(f) 第25天和第100天不同ASD形式logFC之间相关性（Spearman's rho）的网络表示。颜色对应rho值，线粗对应rho绝对值。(g) 不同形式logFC之间的所有相关性（Spearman's rho）。ANOVA后接Tukey HSD事后检验；ANOVA F₃,₁₄₀ = 10.97, P = 1.6×10⁻⁶；Tukey HSD：第100天到第25天 P = 2.67×10⁻⁵，第100天到第50天 P = 8×10⁻⁶，第100天到第75天 P = 7×10⁻⁴。箱线图显示：中心线为中位数；下铰链为25%分位数；上铰链为75%分位数；下须线为大于或等于下铰链-1.5×四分位距的最小观测值；上须线为小于或等于上铰链+1.5×四分位距的最大观测值。统计来自n = 36个时间点相关性。Tukey HSD所有对比P < 0.001。(h) 比较所有受影响形式与对照组的差异表达元显著基因数量。圆圈的颜色和大小代表DEG的数量。BMP，骨形态发生蛋白；ID，智力障碍。 图 3 | 受影响ASD形式的通路和细胞类型。 (a) 每种ASD形式中上调（红色）或下调（蓝色）基因富集的选定基因本体论（GO）术语。颜色显示标准化富集得分（NES）；点大小显示-log₁₀ (FDR)。统计来自GSEA。(b) ASD形式的细胞比例变化。顶部注释为分化天数（蓝色阴影）；下部注释为ASD形式（彩色）。统计来自线性混合效应模型和Wald双侧检验对比，比较每种形式与对照组。FDR < 0.05。(c) 第25天和第100天与特定ASD形式（Form）或ASD存在（Dx）相关的WGCNA模块的调整后R²（左）。每种ASD形式中模块特征基因的变化（线性模型beta）（右）。+ FDR < 0.1, # FDR < 0.05, ## FDR < 0.01, *** FDR < 0.005。(d) 使用EWCE（红色）的模块细胞类型富集、使用分层连锁不平衡评分的GWAS富集（蓝色）和使用双侧Fisher检验的ASD相关基因集富集（绿色）。仅显示FDR < 0.05。(e) 选定模块的基因本体论术语富集。黑线表示FDR = 0.05。统计来自clusterProfiler enrichGO。(f) 关联特定ASD形式（特定突变）或Dx的模块数量。显著性使用双侧Fisher精确检验测试。(g) 与ASD形式或ASD广泛（Dx）相关的模块效应大小。显著性使用Welch双样本t检验测试（样本量：n = 22个模块/时间点）。箱线图显示：中心线为中位数；下铰链为25%分位数；上铰链为75%分位数；下须线为大于或等于下铰链-1.5×四分位距的最小观测值；上须线为小于或等于上铰链+1.5×四分位距的最大观测值。**P < 0.005。ADHD，注意缺陷多动障碍；BD，双相情感障碍；CycPro，循环祖细胞；Dx，诊断；ExNeu-1，兴奋性神经元1（早期）；ExNeu-2，兴奋性神经元2（晚期）；InNeu，中间神经元；IPC，中间祖细胞；MDD，重度抑郁症；ME，模块特征基因；ORG，外放射状胶质细胞；RG-1，放射状胶质细胞1（早期）；RG-2，放射状胶质细胞2（晚期）；SCZ，精神分裂症。 图 4 | 模块调控关系揭示关键上游调控模块。 (a) 工作流程示意图，显示富集基序（RcisTarget）的识别。上游模块基因中富集的基序被注释为高置信度DNA结合基因。TSS，转录起始位点。(b) 预测受M5调控的模块。线宽代表kME加权得分，圆圈大小代表受M5调控的基因比例。(c) 模块间调控关系的热图，使用加权kME得分确定模块间的调控关系强度（x轴，调控模块；y轴，被调控模块）。(d) 模块5特征基因与下游模块在分化过程中的相关性，显示与大多数下游模块在时间上的负相关。(e) 第25天M5中基因调控因子的logFC热图，显示几种ASD形式中强烈的下调。统计来自dreamlet，FDR < 0.05, FDR < 0.01, FDR < 0.005。(f) M5中的转录调控因子与在M5下游模块中发现的ASD风险基因之间的相关性。M5基因用粗体表示并带有白色环。大多数相关性为负（蓝色），而模块内基因为正相关（红色）。(g) M5中调控因子和它们调控的ASD基因的峰值表达天数。颜色条代表其平均表达峰值在相应分化天数的基因百分比。(h) M5调控基因的PPI网络。这些基因形成一个显著的PPI网络（P = 0.001，DAPPLE对直接边网络的置换检验）。(i) M5调控因子及其间接网络对ASD基因²,⁸以及NDD和智力障碍风险基因⁹¹的富集。显著性使用双侧Fisher精确检验测试。FDR < 0.05, **FDR < 0.01, FDR < 0.005。 图 5 | M5调控因子在神经祖细胞中形成富含神经发育风险的PPI网络。 (a) Western blots（每个抗体运行一次）确认目标蛋白的结合。b) 明显著结合蛋白的示例火山图。突出显示的蛋白是SFARI风险基因。统计来自三次重复，使用双侧单样本调节t检验和FDR校正，总共632个变量。NS，不显著。(c) 检测到的M5蛋白在IP-MS实验中形成的PPI网络显著连接，且该网络与其他神经发育风险（如SFARI基因（1, 2, S）、NDD基因²,⁸,⁹¹和基因富集的发育迟缓、ASD或广泛NDD⁹²）显著连接。FDR < 0.05, FDR < 0.01, **FDR < 0.005，z分数根据置换衍生的零值计算；FDR校正的P值通过标准正态近似获得。(d) IP-MS实验中测试的M5蛋白的实验确定PPI网络。(e-f) 五个使用的M5诱饵的实验确定PPI网络，显示它们与SFARI基因（e）和Fu等人⁹²定义的风险基因（f）的相互作用。圆圈大小代表连接数，边宽代表IP中两个方向节点间的logFC。颜色代表基因列表。灰色节点是网络诱饵，不在特色基因列表中。 图 6 | M5调控基因的CRISPRi显示对预测靶标和NDD相关基因的影响。 (a) 实验方法示意图：设计了对应于26个基因的96个gRNA和18个非靶向对照（NTC），并转导到NPCs中。转导后7天，通过FACS分选dCAS9–gRNA阳性细胞，进行单细胞RNA测序（scRNA-seq）（n = 6个重复）。NPCs通过单细胞聚类分为cNPCs和NPCs。(b) 目标gRNA表达细胞（x轴）与NTC相比，目标基因表达（y轴）的剩余比例。箱线图显示：中心线为中位数；下铰链为25%分位数；上铰链为75%分位数；下须线为大于或等于下铰链-1.5×四分位距的最小观测值；上须线为小于或等于上铰链+1.5×四分位距的最大观测值。点代表n = 6个重复文库。(c) 每个目标中差异表达基因（DEG）（P_adjusted < 0.05，基于edgeR伪批量衍生）的log计数。(d) 预测调控基因在DEG数据集中的富集。(e) DEGs在不同发育障碍风险基因组中的富集：SFARI基因（1, 2, S）、来自refs. 2,8的ASD风险基因、NDD基因、智力障碍风险基因和来自ref. 91的脑部疾病基因。d,e，FDR < 0.05, FDR < 0.01, **FDR < 0.005，双侧Fisher精确检验。DP，双阳性；GFP，绿色荧光蛋白；KD，敲低；RFP，红色荧光蛋白；sgRNA，单引导RNA。a中的插图在BioRender中创建。Geschwind, D. (2025) (https://biorender.com/0pu4t7j)。创新特色 本研究发表于《Nature》，通过整合70个人类诱导多能干细胞系，构建了涵盖8种遗传性自闭症谱系障碍（ASD）突变、特发性ASD及匹配对照的大型类器官模型。该研究在长达100天的发育过程中进行了多时间点转录组分析，系统揭示了ASD风险基因突变在神经发育中“收敛”与“发散”并存的动态分子网络，为理解ASD的异质性提供了发育生物学新视角。 【创新模型：动态发育模拟】研究突破了传统基于死后脑组织或动物模型的静态局限，利用人类皮层类器官这一前沿体外模型，实现了对ASD相关基因突变在神经发育关键窗口期（涵盖从神经前体细胞到成熟神经元的完整过程）的动态追踪。该模型能高保真模拟人脑早期发育，为解析ASD的发育起源提供了前所未有的时空分辨率。 【机制解析：收敛与发散的动态平衡】研究通过多组学整合分析，首次系统描绘了ASD遗传异质性下的分子表型图谱。核心发现是，尽管不同基因突变在发育早期（如第25天）表现出显著的特异性（发散）转录变化，但随着发育进程（至第100天），这些突变逐渐收敛于共享的分子通路，特别是涉及染色质重塑和神经前体细胞分化的调控网络。这种从发散到收敛的动态转变，揭示了不同遗传病因如何通过共同的发育瓶颈影响神经功能。 【网络驱动：核心调控模块的发现】研究进一步通过加权基因共表达网络分析，鉴定出一个核心的上游调控模块（M5），该模块富含ASD风险基因，并在多种突变模型中均呈下调。实验验证表明，M5包含的转录因子与染色质调控因子（如SWI/SNF复合物成员）形成物理相互作用网络，并通过CRISPRi筛选证实其能调控下游ASD相关基因的表达。这一发现将遗传风险与细胞内的核心调控网络直接联系起来，为理解ASD的分子机制提供了关键枢纽。 【发育视角：为治疗靶点提供依据】从发育生物学角度看，该研究阐明了ASD风险主要通过影响早期神经发育的“可塑性窗口”而发挥作用，后期观察到的突触相关通路改变可能是早期发育异常的结果。这种发育级联视角不仅深化了对ASD异质性的理解，更重要的是，它将研究焦点引向早期发育阶段的核心调控节点，为开发旨在干预发育轨迹的新型治疗策略提供了潜在靶点。 Developmental convergence and divergence in human stem cell models of autismNature2025年12月11日（基于论文接受日期推断）10.1038/s41586-025-10047-5文档未明确提供 © SCIENTIFIC 如果你想在此显示您的广告信息，请联系我们。  /  科学技术普及新媒体矩阵  肠道类器官（Organoid Bulletin） 本公众号由AI智能体ORGANOID AGENT驱动赋能，您可以直接与公众号对话，获得最专业的类器官知识指导与信息。      我们致力于发布本领域优质资讯与评述，推送国内外类器官及干细胞相关领域最新研究论文、综述与技术进展。发布科普文章、专家观点评论、行业分析、招聘信息和会议通知。您可以在微信、小红书、百家号、企鹅号、今日头条、知乎和Bilibili关注我们。秉承类器官创新计划组织愿景，我们积极传播科学知识，促进同行交流，推动产业发展，服务国家战略，积极为类器官与干细胞技术发展提供助力。欢迎各位关注、分享、转载、投稿！原创内容欢迎转载，直接私信即可，完全免费授权。内容多来自学术论文或网络公开资源，如有侵权还请联系删除。 编辑部联系邮箱：zj@organoid.ac.cn 欢迎关注更多科学矩阵账号获取更多资讯~ 合作品牌 2026年度 欢迎找到组织 类器官创新计划组织（Innovations in organoids organization）是由来自中国科学院、北京大学、清华大学、复旦大学和浙江大学等多个顶级研究机构的头部研究团队组织发起的，完全公益的，学术与研究技术交流合作组织，成员主要由来自类器官行业内的企业高管、技术经理、高级PI等构成。加入“类器官创新计划”后，您将以极低的成本实现类器官资源的互换与共享，基于肠道类器官和类器官创新计划组织微信公众号平台，您将获得来自全行业的赋能与指导，进行标准化的类器官制备与检测，保证您的研究顺利且高质量开展。我们会将你纳入本组织“技术研发”、“开源公益”和“产品服务”等多个微信群，这样您能够与所有参与计划的成员及时沟通，您所有的类器官问题都能最及时的得到解答和帮助，互换类器官品系和干细胞研究工具资源，解决技术难题，获得技术支持。我们已有上万个来自全国顶级类器官研究机构、大学和企业的注册认证会员，大家一起为类器官事业发展点燃星星之火，推动类器官产业发展壮大。我们还建立了AI知识问答和开源类器官分析工具等多个公益项目为类器官研究提供帮助，构建开放包容的领域生态。在这里,我们敢为人先，始终积极寻求更新类器官更优的解决方案，勇于突破经验与预想的界限，致力打造科学卓越的行业新标准。 官方网站：www.organoid.ac.cn 联系邮箱：info@isco.ac.cn   组织愿景 1.共建开放协作生态：搭建行业资源共享平台，促进技术互通与经验共享，降低类器官研究门槛。 2.引领行业标准与规范：推动制定行业与国家工程标准，实现类器官培养与应用的规范化、全流程标准化。 3.打造国际学术资源枢纽：推动建设全球认可的类器官库与智库平台，加速技术向精准医学与药物研发转化。 4.驱动技术融合创新：推动整合生物材料、智能装备等工程技术创新，突破类器官规模化制备与功能重建瓶颈。 5.强化技术自主可控：推进国产化试剂、仪器研发与技术体系替代，保障核心研发链安全与战略主动权。 加入我们       本组织面向类器官全领域同行提供交流平台和会员身份认证服务，可以加入“技术研发”、“开源公益”、“产品服务”和“专属领域”等多个类型的交流群，涵盖科学研究技术、开源工具和公益、销售产品与服务、细分领域如类器官芯片、生物材料等专属群等平台，参与讨论。高级研究员或独立PI可以申请成为荣誉发起人，成为类器官创新计划贡献者与受益者。本公益组织目前已有10000+会员，期待您加入讨论分享，让我们共同促进类器官产业发展。      现在，您只需添加发起人微信，备注自己的真实姓名与单位和必要信息，例如“张三-中国科学院大学”，说明申请加入类器官创新计划，提供有效身份证件如学生证、身份证、工作证或其他任何可以证明身份的真实性的证件，即可加入对应社群。而这一切都是公益的，免费的，不收取任何费用。 扫描添加微信以进群交流 加入知识星球 面向专业科研需求和企业级资源共享，现在扫描二维码加入“肠道类器官”知识星球，就能获得来自顶级研究机构分享的类器官培养基配方和方案，类器官创新计划组织发布的官方标准指南、AI类器官分析工具等更加专业的资料。与1000+位行业精英共同交换类器官技术资料和资源，向行业专家提问，免费参与国内领先的类器官品牌产品内测试用，获得类器官工程师认证等。全行业最专业的类器官知识社区和公益平台，让您的类器官研究少走弯路！ #为什么要加入知识星球？ 1.最新最专业的培养基配方和技术资料即时获取。 2.标准类器官培养方案和技术标准材料发布唯一渠道。 3.最强AI智能体和类器官分析软件和工具解析和下载。 4.类器官领域TOP专家一对一沟通，权威资料触手可及。 5.类器官企业新产品评测和免费试用特权通道。 6.定期发放免费会议入场券和资料，提供演讲机会。  更多福利，请移步知识星球内部了解。 扫二维码｜获取资源 标准类器官培养基配方 高级类器官AI分析软件 高水平类器官文章资料 ...... 注册会员 注册会员是面向所有人的公益身份识别项目。如需以组织会员身份获取各种资源与免费福利。您只需访问www.organoid.ac.cn注册会员，并补充个人真实有效身份信息，经人工审核后，即可获得注册会员认证。通过“类器官创新计划组织”和“肠道类器官公众号”的“身份认证”菜单就能找到查询入口。也可以下载专属的身份二维码用于各种需要出示本组织身份的场合如学术会议、合作商提供的免费产品申请。由PI或课题组长及以上级别提供实名信息可注册为“注册会员”，加入“注册认证会员群”优先享受本组织提供的学术界与产业界资源。特别的，您所有的信息仅用于身份识别，不会被进行任何形式的商业用途，     欢迎监督举报（邮箱：isco@organoid.ac.cn）。未进行注册的，不被认为是我组织正式会员，合作方有权拒绝提供任何服务和或产品。 具体注册方式点击下列文章了解： 如何注册成为注册会员？ 扫码获取您的电子会员证 访问www.organoid.ac.cn注册账号， 填写必要信息即可资格认证。 求点赞 求分享 求推荐

点击蓝字 关注我们 传播科学知识 促进同行交流 推动产业发展 服务国家战略  SCIENTIFICImmunity|肿瘤相关巨噬细胞通过SPP1/Rictor轴促进神经元轴突再生与脊髓损伤修复 2026-01-29 这项研究深入探讨了肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）在促进肿瘤神经浸润和脊髓损伤修复中的双重作用。研究者发现，TAMs表达独特的神经生长基因特征，并通过分泌SPP1蛋白直接刺激神经元生长和轴突再生。在肿瘤微环境中，这一过程增强了癌细胞的神经依赖性，可能推动肿瘤进展；而在严重脊髓损伤模型中，TAMs的移植则显著促进了神经元存活、轴突再生及运动功能恢复。该研究不仅揭示了TAMs在肿瘤-神经相互作用中的新机制，也为开发基于巨噬细胞的神经修复疗法提供了潜在的转化思路，兼具重要的理论创新与临床应用前景。 研究背景 免疫系统是人体抵御病原体入侵、维持内环境稳态的核心防线，其功能异常与多种疾病的发生发展密切相关。从经典的感染性疾病到癌症、自身免疫病以及神经退行性疾病，免疫细胞的精准调控已成为现代医学研究的焦点。《Immunity》作为免疫学领域的顶级期刊，长期致力于发表具有开创性和深远影响的研究，推动我们对免疫机制的理解。在这一宏大的科学图景中，肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME） 作为肿瘤生长的关键“土壤”，其复杂性远超想象。其中，肿瘤相关巨噬细胞（Tumor-Associated Macrophages, TAMs） 是TME中最丰富的免疫细胞群体之一，传统观点认为它们主要通过促进血管生成、细胞外基质重塑和免疫抑制来推动肿瘤进展。然而，一个引人入胜却又悬而未决的科学问题逐渐浮现：除了这些经典的促瘤功能，TAMs是否还隐藏着其他未被揭示的关键角色？ 【核心科学问题的提出】 本研究聚焦于一个极具颠覆性的潜在功能：TAMs对神经生长的直接调控作用。在肿瘤生物学中，神经浸润（Nerve Infiltration） 已被证实是多种实体瘤（如胰腺癌、前列腺癌、结直肠癌）进展和转移的重要驱动力。肿瘤细胞能够分泌多种因子“招募”并“诱导”周围神经纤维向肿瘤内部生长，形成所谓的“神经-肿瘤轴”，从而获得神经营养支持，促进自身增殖与侵袭。然而，长期以来，学界普遍认为这一“神经招募”过程主要由肿瘤细胞自身或少数间质细胞（如施万细胞）主导，而TME中数量庞大的TAMs在其中扮演的角色，却是一个巨大的知识空白。本研究的核心科学问题由此提出：TAMs是否具备直接促进神经生长的能力？如果具备，其背后的分子机制是什么？这种神经调控功能在肿瘤进展和神经系统损伤修复中分别发挥怎样的作用？ 这一问题的解答，不仅可能重塑我们对肿瘤-神经相互作用的理解，更可能为开发全新的治疗策略提供理论基石。 【现有研究进展】 在深入探讨本研究的必要性之前，我们必须首先客观审视领域内已取得的进展，这些成果共同勾勒出了当前认知的边界。 首先，在肿瘤神经生物学领域，进展显著但视角单一。 大量研究证实，多种实体瘤（如胰腺导管腺癌、乳腺癌、结直肠癌）能够通过释放神经生长因子（Nerve Growth Factor, NGF）、脑源性神经营养因子（Brain-Derived Neurotrophic Factor, BDNF）等趋化因子，主动诱导神经纤维的轴突向肿瘤内部延伸。这一过程被认为是肿瘤获取“神经支配”的关键步骤。然而，这些研究的焦点几乎全部集中在肿瘤细胞或特定的微环境细胞（如癌相关成纤维细胞）上。例如，有研究指出，某些肿瘤细胞可直接表达神经调节蛋白1（Neuregulin-1）来吸引神经纤维。但值得注意的是，这些研究大多采用传统的组织学或体外共培养模型，未能系统性地解析TME中不同细胞组分（尤其是免疫细胞）在神经浸润中的相对贡献。因此，尽管我们认识到神经浸润的重要性，但对其调控网络的认知仍不完整。 其次，关于巨噬细胞与神经系统的交互，已有零星但重要的线索。 在非肿瘤组织中，巨噬细胞与神经系统的功能关联早已被揭示。例如，在周围神经系统（Peripheral Nervous System, PNS）损伤后，巨噬细胞（Macrophages） 的浸润对于清除损伤碎片和启动再生过程至关重要。在中枢神经系统（Central Nervous System, CNS）中，小胶质细胞（Microglia，即脑内常驻巨噬细胞）在发育过程中参与突触修剪，并在成年期维持神经环路的稳定。更重要的是，近年来有研究发现，在特定病理状态下（如糖尿病性神经病变），巨噬细胞可以表现出神经保护功能，延缓感觉轴突的变性。这些线索提示，巨噬细胞具备与神经细胞进行功能性对话的生物学基础。然而，需要强调的是，这些研究主要针对正常生理或非肿瘤性病理状态下的巨噬细胞。肿瘤相关巨噬细胞（TAMs） 作为一种在TME独特环境下被“驯化”的巨噬细胞亚群，其基因表达谱、代谢状态和功能表型与常驻巨噬细胞或M1/M2型极化巨噬细胞存在显著差异。因此，将上述非肿瘤场景下的发现直接外推至TAMs，存在明显的逻辑断层。 【研究空白与挑战】 尽管现有研究提供了宝贵的线索，但当我们聚焦于“TAMs与神经生长”这一交叉领域时，一系列严峻的挑战与显而易见的空白便暴露无遗。 第一，功能认知的空白：从“促瘤”到“促神经”的视角缺失。 现有文献对TAMs功能的描述几乎完全集中于其促瘤属性，即通过分泌VEGF、TGF-β、IL-10等因子促进血管生成、纤维化和免疫抑制。然而，TAMs是否表达并分泌直接作用于神经元的营养因子？它们能否在物理上与神经纤维相互作用，引导其生长方向？这些问题在肿瘤学研究中几乎未被系统性探索。 这种认知偏差导致我们可能忽视了TME中一个关键的调控维度——神经调控。 第二，机制研究的空白：分子通路的未知。 即使假设TAMs具有促神经功能，其背后的分子机制也完全未知。哪些TAMs分泌的关键因子（如SPP1、IGF-1、FGF等）可能直接作用于神经元？这些因子是否通过激活神经元内的特定信号通路（如mTOR、MAPK通路）来促进轴突生长？此外，TAMs与神经元之间的相互作用是单向的还是双向的？肿瘤细胞是否通过调节TAMs的表型来间接影响神经浸润？这些问题的解答需要结合单细胞测序、蛋白组学、活细胞成像等前沿技术进行系统性解析。 第三，模型与技术的挑战。 研究TAMs与神经的相互作用面临多重技术挑战。其一，缺乏能够同时模拟TME复杂性与神经生长微环境的体外模型。传统的Transwell共培养系统无法重现细胞间的物理接触和三维空间结构。其二，在体内模型中，如何精准地示踪TAMs的神经调控功能，同时排除肿瘤细胞自身神经招募能力的干扰，是一个技术难题。其三，现有研究多依赖于静态的组织学分析，难以捕捉神经生长的动态过程。 第四，临床转化的不确定性。 即使证实了TAMs的促神经功能，其临床意义也具有双面性。在肿瘤背景下，这种功能可能加速肿瘤进展，提示靶向TAMs的神经调控功能可能成为抗肿瘤治疗的新策略。然而，在神经系统损伤（如脊髓损伤）背景下，巨噬细胞的促再生功能已被广泛认可，但传统M2型巨噬细胞移植疗法在临床试验中屡屡受挫。那么，TAMs是否因其独特的基因表达谱而具备更强大的神经再生潜力？这能否转化为治疗脊髓损伤等难治性神经系统疾病的新疗法？这些截然相反的应用前景，凸显了深入研究该功能的极端重要性与复杂性。 【研究价值与意义】 正是在上述知识空白与挑战的背景下，本研究的开展显得尤为必要且意义深远。 理论价值层面，本研究有望开辟“肿瘤神经免疫学”这一交叉新领域。 通过系统揭示TAMs调控神经生长的分子与细胞机制，将首次将免疫细胞明确置于肿瘤神经调控网络的核心位置。这不仅会革新我们对Tumor-Neural-Immune三重互作（T-N-I axis）的理解，还可能为解释肿瘤异质性、神经依赖性等现象提供全新视角。 临床应用价值层面，本研究具有“一体两面”的巨大潜力。1. 肿瘤治疗新靶点：如果证实TAMs是驱动肿瘤神经浸润的关键“帮凶”，那么靶向TAMs的神经调控通路（如关键分泌因子或受体），就可能成为一种新型的“抗神经支配”疗法，与现有的免疫检查点抑制剂、化疗等手段形成协同，用于治疗那些高度依赖神经支配的肿瘤（如胰腺癌）。2. 神经再生新策略：更令人兴奋的是，研究可能发现TAMs相较于传统M2巨噬细胞，拥有更优越的促神经再生能力。鉴于M2疗法在脊髓损伤临床试验中的失败，挖掘并利用TAMs的神经修复潜能，可能为开发新一代细胞疗法，用于治疗脊髓损伤、脑卒中等毁灭性神经系统疾病，带来革命性的突破。 这种从肿瘤研究中“意外”发现并应用于神经修复的策略，体现了基础研究的转化价值。 科学方法论价值层面，本研究将推动复杂疾病模型的发展。 为了回答核心科学问题，研究者可能需要构建融合了肿瘤、免疫和神经单元的新型类器官或体内模型。这些模型的建立与应用，将为其他复杂系统疾病的机制研究提供重要的技术参考。 结论而言，本研究直面肿瘤神经生物学与肿瘤免疫学交叉领域的重大空白，其核心科学问题“TAMs的神经调控功能”具有高度的原创性与紧迫性。通过辩证分析现有研究的进展与局限，我们清晰地认识到，系统性解析TAMs与神经生长的相互作用，不仅在理论上能够填补关键知识缺口，在临床上更有望为肿瘤治疗和神经修复两大难题提供全新的解决方案。因此，本研究不仅是一次探索未知的科学旅程，更是一次面向重大健康挑战的、极具转化潜力的前沿攻关。关键实验技术结果解析 肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）如何影响肿瘤微环境中的神经生长，以及是否能利用其特性促进脊髓损伤后的神经修复，是本研究试图解答的核心科学问题。传统观点认为，TAMs主要通过促进血管生成、细胞外基质重塑和免疫抑制来驱动癌症进展，但其对神经生长的具体作用尚不明确。本研究旨在揭示TAMs在肿瘤神经浸润和中枢神经系统损伤修复中的双重功能。 基于单细胞转录组学的初步分析，研究团队提出了一个核心假说：TAMs可能表达独特的神经生长相关基因特征，从而具备直接刺激神经生长的能力。这一假设挑战了TAMs仅作为促肿瘤微环境组分的传统认知，并为其在神经修复中的应用提供了理论基础。 为了验证这一假说，研究采用了多组学整合与跨物种验证的策略。首先，通过对人类胶质母细胞瘤、胰腺癌、乳腺癌和结直肠癌等多种肿瘤的单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据进行分析，研究团队鉴定出一个由23个基因组成的、在TAMs中特异性富集的神经生长基因特征（如图1所示）。这一特征在人类和小鼠的TAMs中均稳定存在，且与M2样巨噬细胞显著不同。随后，研究构建了小鼠肉瘤模型和严重完全性压迫挫伤性脊髓损伤（scSCI）模型，通过体内移植实验、体外共培养以及基因敲低（SPP1-KD）等技术，系统验证了TAMs的功能机制。 研究结果从多个层面提供了强有力的证据支持。首先，在肿瘤微环境中，TAMs显著促进了肿瘤的神经支配。如图2所示，将体外诱导产生的TAMs移植到小鼠肉瘤中后，肿瘤内神经纤维（NF200⁺）的数量和轴突密度增加了一倍以上（图2C-G），且这一效应依赖于TAMs分泌的关键因子SPP1。敲低SPP1后，TAMs的促神经生长作用被完全阻断（图2H-K），表明SPP1是TAMs介导肿瘤神经浸润的必需分子。 其次，TAMs对神经元生长具有直接的促进作用。在体外共培养体系中，TAMs能显著促进多种神经元（包括人iPSC来源的运动神经元、小鼠神经干细胞分化神经元等）的轴突生长和β3-微管蛋白表达，而M2样巨噬细胞则无此效应（如图3B-F所示）。这一效应在体内也得到证实：在斑马鱼脊髓损伤模型中，TAMs移植促进了轴突再生（图3I-K）。机制研究进一步揭示，TAMs通过SPP1激活神经元内的Rictor（mTORC2复合物核心组分）信号通路来驱动神经生长，抑制Rictor活性会显著削弱TAMs的促神经再生作用（图3R-U）。 最关键的是，TAMs在严重的脊髓损伤中展现出强大的神经修复潜力。在scSCI小鼠模型中，多次移植TAMs（而非M2样巨噬细胞）能够实现部分运动功能的长期恢复。如图4所示，TAM治疗组小鼠的BBB运动评分在损伤后21天开始显著高于对照组，并持续改善至57天（图4C-E）。这种功能恢复得到了电生理学证据的支持，显示TAMs恢复了下肢肌肉的自主活动（图4F-G）。组织学分析证实，TAMs移植增加了脊髓内神经元存活（图5C-D）、轴突再生（图5E-G）和皮质脊髓束纤维的延伸（图5I-J），并显著改善了损伤部位的微环境，包括减少纤维化囊腔体积（图5M-O）、促进血管新生（图5S）和将炎症表型向修复型转变（图5T）。 最后，研究明确了SPP1-Rictor轴在TAMs介导的神经修复中的核心地位。在scSCI模型中，SPP1敲低的TAMs丧失了促进神经再生和改善运动功能的能力（图6A-S），且SPP1是TAMs激活神经元Rictor所必需的。值得注意的是，单独使用重组SPP1或TAMs的无细胞上清液并不能完全复制TAMs的修复效果，提示TAMs的促修复作用依赖于SPP1与其他因子及细胞间相互作用的协同。 本研究不仅揭示了TAMs在肿瘤进展中促进神经浸润的新机制，更重要的是，发现了TAMs作为一种具有独特神经生长基因特征和直接促神经再生能力的巨噬细胞亚群，其在严重脊髓损伤中能够促进神经元存活、轴突再生并实现长期运动功能恢复。该发现为TAMs在中枢神经系统再生医学中的应用提供了全新的视角和理论依据，同时也为靶向肿瘤神经相互作用提供了潜在的治疗策略。图注翻译 图 1 TAMs 显示神经生长基因特征(A) 人胶质母细胞瘤（GBM）、星形细胞瘤和健康组织的单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据的均匀近似与投影（UMAP）图。(B) 识别图(A)中各簇的基因热图。(C) 人胰腺癌、乳腺癌和结直肠癌scRNA-seq数据中TAM簇的基因表达特征。(D) 在人GBM、胰腺癌、乳腺癌和结直肠癌scRNA-seq数据中，TAM簇与非髓系细胞簇相比的神经生长相关基因本体论（GO）富集分析。(E) 人GBM、胰腺癌、乳腺癌和结直肠癌scRNA-seq数据中TAM簇的神经生长基因列表表达。(F) 人乳腺癌和子宫内膜癌中单核细胞（Mo）与TAM的神经生长基因列表表达比较（批量RNA测序）。(G) 小鼠GBM中单核细胞（Mo）、健康小胶质细胞、GBM相关小胶质细胞（GBM-MG）与TAM的神经生长基因列表表达比较（批量RNA测序）。(H) 在人GBM scRNA-seq数据中，TAM和GBM-MG亚簇的神经生长基因列表表达。(I) 在人GBM scRNA-seq数据中，TAM和GBM-MG亚簇的标记基因表达特征图。 图 2 TAMs 通过 SPP1 促进肿瘤神经支配(A) 在小鼠肉瘤scRNA-seq数据中，神经生长基因列表在CD14+/TGFBI+ TAM簇中表达升高（粉色细胞表示高表达）。(B) 实验流程示意图。(C) 对照组（CTRL）和TAM处理组肉瘤切片的NF200免疫组织化学染色。箭头指示神经。比例尺，150 μm。(D) 对照组和TAM处理组肉瘤切片中NF200+神经的图像和定量。箭头指示神经。比例尺，200 μm。(E) 对照组和TAM处理组肉瘤切片中NF200+轴突的图像和定量。比例尺，20 μm。(F) TAMLV Scramble和TAMLV Spp1-KD处理组肉瘤切片中NF200+轴突的图像和定量。比例尺，20 μm。(G) TAMLV Scramble和TAMLV Spp1-KD处理组肉瘤切片中NF200+和Peripherin+神经的图像和定量。比例尺，200 μm。数据以均值±SEM表示。点代表生物学重复。 图 3 TAMs 直接通过 SPP1 促进神经元生长和轴突再生(A) 体外生成的小鼠M2样巨噬细胞（M2）和TAM中神经生长基因列表的批量RNA表达。(B) 人iPSC-MNs单独培养（CTRL）或与TAMtdTomato、M2tdTomato共培养时，β3Tub的表达图像和定量。比例尺，50 μm。(C) 体外生成的小鼠M2样巨噬细胞（M2）和TAM与小鼠神经干细胞（mNSCs）共培养时，β3Tub的表达图像和定量。比例尺，50 μm。(D) 体外生成的小鼠M2样巨噬细胞（M2）和TAM与小鼠背根神经节（DRG）神经元共培养时，β3Tub的表达图像和定量。比例尺，50 μm。(E) 体外生成的小鼠M2样巨噬细胞（M2）和TAM与小鼠脑类器官共培养时，β3Tub的表达图像和定量。比例尺，50 μm。(F) 体外生成的小鼠M2样巨噬细胞（M2）和TAM与小鼠脑类器官共培养时，神经元钙离子振荡频率图像和定量。(G) 体外生成的小鼠M2样巨噬细胞（M2）和TAM与小鼠脑类器官共培养时，神经元钙离子振荡代表图像。(H) Zebrafish脊髓损伤模型中，TAM移植后损伤区域面积图像和定量。比例尺，100 μm。(I) Zebrafish脊髓损伤模型中，TAM移植后损伤区域代表图像。比例尺，100 μm。(J) TAMLV Scramble和TAMLV Spp1-KD与mNSCs共培养时，β3Tub的表达图像和定量。比例尺，50 μm。(K) Parecoxib或Celecoxib处理下，TAM与mNSCs共培养时，β3Tub的表达图像和定量。(L) Parecoxib或Celecoxib处理下，TAM与mNSCs共培养时，神经元Rictor表达图像和定量。(M) Parecoxib或Celecoxib处理下，TAM与mNSCs共培养时，神经元Rictor表达图像。(N) JRAB2011处理下，TAM与iPSC-MNs共培养时，β3Tub的表达图像和定量。(O) JRAB2011处理下，TAM与iPSC-MNs共培养时，β3Tub的表达图像。(P) Rictor敲低（Rictor-KD）的mNSCs与TAM共培养时，β3Tub的表达图像和定量。(Q) Rictor敲低（Rictor-KD）的mNSCs与TAM共培养时，β3Tub的表达图像。(R) TAM促进神经生长的机制示意图。数据以均值±SEM表示。点代表生物学重复。 图 4 TAM 移植促进 scSCI 小鼠的运动功能恢复(A) 车辆（VEH）、小鼠TAM（TAM）和M2样巨噬细胞（M2）在scSCI中的给药流程。(B) VEH、TAM和M2处理组脊髓切片中GFAP表达的图像和放大图。比例尺：200 μm 和 10 μm。(C) VEH、TAM和M2处理组scSCI小鼠的BBB评分。箭头标记注射日。(D) VEH、TAM和M2处理组scSCI小鼠的BBB评分混合效应回归模型。箭头标记注射日。虚线表示实验结束后的预测反应。(E) VEH和TAM处理组scSCI小鼠的平均BBB评分（31-37 dpi）。(F) VEH、TAM处理组scSCI小鼠及健康小鼠的LG肌电图（EMG）记录。(G) VEH、TAM处理组scSCI小鼠及健康小鼠的LG活动持续时间。数据以均值±SEM表示。点代表生物学重复。 图 5 TAM 移植促进 scSCI 中的神经再生(A) VEH、TAM和M2处理组scSCI小鼠脊髓切片中LFB表达图像和定量。虚线界定DCR区域。比例尺，100 μm。(B) VEH、TAM和M2处理组scSCI小鼠脊髓切片中Neun+细胞图像和定量。比例尺，500 μm。(C) VEH、TAM和M2处理组scSCI小鼠脊髓切片中NF200表达图像和定量。虚线界定囊腔。白色箭头显示囊腔内的NF200表达。比例尺，100 μm。(D) TAM与NF200+轴突在scSCI实质中的放大图。比例尺，5 μm。(E) VEH和TAM处理组脊髓切片中BDA表达定量、图像、放大图及NeuronJ重建。比例尺，100 μm。(F) iPSC-MNs在氧糖剥夺（OGD）条件下，TAM处理后CASP3+细胞中β3Tub+细胞的定量。(G) VEH、TAM和M2处理组囊腔中ECM标志物表达。(H) VEH和TAM处理组scSCI小鼠的囊腔数量。(I) VEH和TAM处理组脊髓的3D X射线断层扫描囊腔重建。比例尺，200 μm。(J) VEH和TAM处理组scSCI小鼠的囊腔面积。(K) VEH和TAM+Batimastat处理组scSCI小鼠的平均BBB评分（28 dpi）。(L) VEH、TAM和M2处理组脊髓切片中CD31+表达。(M) VEH和TAM处理组脊髓切片中还原硫醇区域图像和定量。比例尺，500 μm。(N) VEH和TAM处理组脊髓的3D X射线断层扫描血管图像。比例尺，150 μm。(O) VEH、TAM和M2处理组脊髓切片中CD163+/CD204+/ARG1+细胞的定量和放大图。星号指示CD163+/CD204+/ARG1+细胞。比例尺，10 μm。数据以均值±SEM表示。点代表生物学重复。 图 6 SPP1 和 Rictor 在 TAM 治疗 scSCI 中的功能作用(A) TAMLV Scramble和TAMLV Spp1-KD脊髓切片中NEUN+细胞图像和定量。比例尺，500 μm。(B) TAMLV Scramble和TAMLV Spp1-KD脊髓切片中NF200表达图像和定量。比例尺，50 μm。(C) TAMLV Scramble和TAMLV Spp1-KD脊髓切片中LFB表达图像和定量。比例尺，100 μm。(D) VEH、TAM和M2处理组脊髓的蛋白丰度火山图。(E) M2和TAM处理组scSCI小鼠中神经元、突触和髓鞘相关蛋白的定量。(F) TAM与M2、TAM与VEH蛋白提取物的IPA核心通路和上游调控因子分析。(G) VEH、TAMLVScramble和TAMLV Spp1-KD脊髓切片中Rictor+细胞图像和定量。比例尺，15 μm。(H) AAV9 RictorKD GFP病毒载体在脊髓实质中的分布。黄色虚线界定囊腔。比例尺，200 μm。(I) TAM处理的RictorScr和RictorKD脊髓中Rictor表达免疫印迹和定量。(J) VEH和TAM处理的RictorScr和RictorKD脊髓中RHOQ、RHOA、B和C表达免疫印迹和定量。(K) TAM处理的RictorScr和RictorKD scSCI小鼠的BBB评分。数据以均值±SEM表示。点代表生物学重复。 图 7 hTAMs 显示神经生长功能表型(A) 人TAM（hTAM）与人M2样巨噬细胞（hM2）相比的神经生长相关基因本体论富集分析。(B) hTAM与hM2相比的神经相关基因本体论的基因集富集分析（GSEA）。(C) 体外生成的人M2样巨噬细胞（hM2）和TAM中神经生长基因列表的RNA表达。(D) 人iPSC-MNs与hTAM或hM2共培养时，β3Tub的表达图像和定量。比例尺，50 μm。(E) 人SH-SY5Y神经元与hTAM或hM2共培养时，β3Tub的表达图像和定量。比例尺，50 μm。(F) hTAM与iPSC-MNs共培养时，hTAM与神经元接触的代表图像。比例尺，10 μm。(G) hTAM中SPP1基因的qPCR表达。(H) hTAM中SPP1蛋白的FACS分析。(I) hTAM中SPP1蛋白的免疫荧光图像。比例尺，10 μm。(J) hTAM中SPP1蛋白的免疫荧光代表图像。比例尺，10 μm。(K) Parecoxib或Celecoxib处理下，hTAM与SH-SY5Y神经元共培养时，β3Tub的表达图像和定量。(L) Parecoxib或Celecoxib处理下，hTAM与iPSC-MNs共培养时，β3Tub的表达图像和定量。(M) Parecoxib或Celecoxib处理下，hTAM与SH-SY5Y神经元共培养时，β3Tub的表达图像。(N) Parecoxib或Celecoxib处理下，hTAM与iPSC-MNs共培养时，β3Tub的表达图像。(O) siRNA敲低hTAM中SPP1后，与SH-SY5Y神经元共培养时，β3Tub的表达图像和定量。(P) siRNA敲低hTAM中SPP1后，与iPSC-MNs共培养时，β3Tub的表达图像和定量。(Q) JRAB2011处理下，hTAM与SH-SY5Y神经元共培养时，β3Tub的表达图像和定量。(R) JRAB2011处理下，hTAM与iPSC-MNs共培养时，β3Tub的表达图像和定量。(S) hTAM与SH-SY5Y神经元共培养时，β3Tub的表达代表图像。比例尺，50 μm。(T) hTAM与iPSC-MNs共培养时，β3Tub的表达代表图像。比例尺，50 μm。数据以均值±SEM表示。点代表生物学重复。创新特色 本研究在肿瘤微环境与神经生物学交叉领域取得重要突破，系统阐明了肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）在促进肿瘤神经浸润与脊髓损伤修复中的双重功能。研究团队整合单细胞转录组学、多种体内肿瘤模型、严重脊髓损伤模型及多物种（人、鼠、斑马鱼）验证体系，揭示了TAMs通过独特的神经生长基因特征驱动外周神经肿瘤浸润，并创新性地利用TAMs的神经再生特性，为中枢神经系统损伤修复提供了全新的细胞治疗策略。 【TAMs神经生长特性的机制解析】研究首次揭示了TAMs表达一个保守的、由23个基因组成的神经生长特征基因谱，包括关键效应分子SPP1。通过功能验证，证实TAMs能直接促进多种神经元类型的轴突生长与再生，这一过程依赖于SPP1-mTORC2信号轴。该发现不仅阐明了肿瘤神经支配的新机制，也为理解巨噬细胞在神经发育与再生中的作用提供了新视角。 【从促瘤到修复的策略转化】研究创新性地将TAMs的促神经生长特性应用于严重完全性脊髓损伤模型。通过多轮移植TAMs，观察到其能有效促进神经元存活、轴突再生、髓鞘修复，并显著改善运动功能恢复。与传统M2型巨噬细胞不同，TAMs展现出更强大的组织重塑能力，包括降解纤维化疤痕、促进血管新生和调节炎症微环境，实现了从“促瘤”到“促修复”的功能转化。 【跨物种验证与临床转化潜力】研究在人源TAMs中同样证实了其神经生长基因特征与功能，表明该机制具有跨物种保守性。长期安全性评估显示TAMs移植无致瘤风险，为基于TAMs的神经再生疗法提供了重要的临床前安全依据。这项工作不仅为肿瘤神经学研究开辟了新方向，也为脊髓损伤等中枢神经系统疾病的治疗提供了具有转化潜力的细胞治疗新方案。 该技术用于在体外模拟神经元生长环境，并评估TAMs对神经元的影响。首先，从健康供体的皮肤成纤维细胞或外周血单核细胞中，通过仙台病毒重编程因子（CytoTune-iPS 2.0 Sendai Reprogramming Kit）将体细胞重编程为人源诱导多能干细胞（iPSCs）。将iPSCs在Matrigel包被的培养皿中扩增，使用Essential 8基础培养基维持其多能性。随后，通过形成拟胚体（EBs）进行神经诱导。在含有SB431542（TGF-β受体抑制剂）和LDN193189（BMP受体抑制剂）的神经诱导培养基中培养，以抑制非神经外胚层分化。第4天起，加入视黄酸（RA，1 µM）、脑源性神经营养因子（BDNF，10 ng/ml）和音猬因子激动剂（SAG，1 µM）等关键因子，引导细胞向运动神经元谱系分化。约17天后，将拟胚体消化成单细胞，铺于多聚赖氨酸/层粘连蛋白包被的盖玻片上，使用神经元基础培养基（Neurobasal）加N2/B27补充剂、神经营养因子（GDNF，CNTF）进行终末分化。分化成熟的运动神经元与体外极化的TAMs进行直接接触共培养（通常按1:3左右的细胞比例接种于24孔板），培养48小时后，通过免疫荧光染色检测神经元特异性标志物β3-微管蛋白（β3-Tubulin）的表达和神经突生长情况，量化TAMs的促神经生长效能。该技术的关键在于精确控制分化培养基中生长因子和小分子化合物的浓度与作用时间，以确保获得高纯度且功能成熟的运动神经元。 3D脑类器官生成与功能检测技术为在更接近体内三维结构的环境中研究神经发育与TAMs的相互作用，研究人员利用从E14.5小鼠胚胎脑组织分离的神经干细胞（NSCs）生成脑类器官。将NSCs在含有EGF（20 ng/ml）和bFGF（20 ng/ml）的DMEM/F12-GlutaMAX培养基中悬浮培养，并在专用的振荡培养箱（ORBi-SHAKER CO₂）中维持14天，以促进三维球体形成和神经细胞分化。为了评估TAMs对类器官神经活动的影响，将体外极化的TAMs或M2样巨噬细胞与NSCs共同接种于类器官诱导初期（第0天）。共培养14天后，使用Fluo-4 Direct钙成像试剂盒进行功能检测。具体流程为：将类器官负载Fluo-4钙离子探针，随后在倒置荧光显微镜下以100毫秒/帧的速率进行3分钟的活细胞时间序列成像。通过分析单个细胞内钙信号的振荡频率和幅度，评估TAMs是否能增强类器官内部的神经网络活动和同步性。该技术的核心挑战在于维持类器官的长期存活与成熟，以及对三维结构进行有效的钙信号动态监测。 严重完全性挫伤压迫型脊髓损伤（scSCI）小鼠模型与TAMs移植治疗技术该技术旨在评估TAMs在中枢神经系统严重损伤后的再生修复能力。首先建立临床相关性强的scSCI模型：对7周龄雄性C57BL/6小鼠进行胸椎T11水平的椎板切除术，随后使用MASCIS撞击器，将5g的撞击杆从6.25mm高度自由落下，并保持压迫11秒，造成严重的完全性挫伤。术后3天（亚急性期），通过立体定位仪在损伤核心及周围区域进行多点颅内注射（4个点，每点1µl），移植体外极化的TAMs（每只小鼠2x10⁶个细胞）。为了克服TAMs在损伤微环境中的短暂性，研究采用了多次给药方案（例如在损伤后第3、10、17天注射）。通过行为学评分（BBB和BMS评分）、肌电图（EMG）记录、组织学（免疫荧光染色、Luxol Fast Blue髓鞘染色）以及先进的影像学技术（X射线相衬显微计算机断层扫描）来综合评估运动功能恢复、神经元存活、轴突再生、髓鞘重塑以及损伤腔（囊腔）的形态学变化。该技术的高难度在于scSCI模型的标准化复制、TAMs的移植手术精度以及后续多维度、长时间的疗效评估。 单细胞RNA测序（scRNA-seq）与生物信息学分析技术为鉴定TAMs独特的基因表达特征，研究采用了单细胞转录组学技术。从人胶质母细胞瘤、星形细胞瘤及邻近健康组织中分离单细胞，构建测序文库，并在Illumina NextSeq 550平台上进行测序。使用Seurat软件包（版本5.0.1）进行标准数据分析流程，包括质量控制、数据归一化、降维（PCA）和聚类分析（UMAP可视化）。通过差异表达基因（DEGs）分析，比较TAMs（定义为CD45⁺/CD14⁺/CD163⁺/TGFBI⁺的髓系细胞群）与其他非髓系细胞群体的基因表达谱。关键步骤是利用Gene Ontology（GO）富集分析，筛选出在TAMs中特异性高表达且与神经发育、突触形成、轴突损伤反应和神经元-轴突再生相关的基因集。最终，通过结合分泌蛋白数据库（SEPDB），筛选出23个关键的TAM特异性神经生长相关分泌基因签名。该技术的难点在于从复杂的肿瘤微环境中准确识别和分离TAM细胞群，以及后续精细的生物信息学分析以挖掘出具有功能意义的基因特征。 TAMs的体外极化与功能验证技术研究中TAMs并非直接从肿瘤组织分离，而是通过体外模拟肿瘤微环境进行极化，以获得表型稳定且可重复的细胞模型。技术流程如下：首先从C57BL/6小鼠骨髓中分离出骨髓来源巨噬细胞（BMDMs），在含M-CSF（100 ng/ml）的IMDM培养基中培养7天使其向巨噬细胞分化。随后，将BMDMs与肿瘤条件培养基（TCM，由MN/MCA1肉瘤细胞或人U87胶质瘤细胞培养上清制备）混合，并置于1%氧气的低氧环境中培养16-18小时，从而诱导其极化为TAM样表型。通过流式细胞术（检测CD206、CD163、CXCR4等表面标志物）和qPCR验证其极化状态。同时，设立M2样巨噬细胞（由IL-4刺激产生）和M1样巨噬细胞（由LPS/IFN-γ刺激产生）作为对照。为验证其功能，将极化后的TAMs与多种神经元细胞系（如SH-SY5Y分化神经元、iPSC来源运动神经元、小鼠NSCs或背根神经节神经元）进行共培养，通过检测神经突长度、β3-Tubulin表达水平等指标，直接证实TAMs促进神经元生长的能力。该技术的核心在于TCM的制备、低氧条件的精确控制以及后续多参数的表型和功能验证。 科普知识补充：* 类器官（Organoids）：这是一种在体外培养的、能模拟真实器官三维结构和功能的微型组织模型。通常由干细胞或祖细胞在特定的培养基和支架中生长形成。它们比传统的二维细胞培养更接近体内环境，是研究发育、疾病机制和药物筛选的重要工具。* 单细胞RNA测序（scRNA-seq）：传统RNA测序分析的是成千上万个细胞混合后的平均基因表达水平。而scRNA-seq技术可以对单个细胞的转录组（全部RNA）进行测序，从而揭示细胞群体的异质性，识别稀有细胞类型（如特定的TAM亚群），并解析细胞间的相互作用。* 低氧培养（Hypoxia）：肿瘤组织内部常因血管异常而处于缺氧状态。在体外模拟这种低氧环境（通常使用1-3%的氧气浓度）对于诱导巨噬细胞向肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）表型极化至关重要，因为低氧会激活一系列转录因子（如HIF-1α），进而改变细胞的代谢和分泌功能。 本文为学术论文引用信息，供读者查阅原文。 ImmunityImmunity2026年1月（基于DOI推断，具体日期待确认）10.1016/j.immuni.2025.12.016待确认（作者列表中未明确指定唯一通讯作者，对应邮箱包括 guido.fumagalli@univr.it, massimo.locati@unimi.it, francesco.bifari@unimi.it, ilaria.decimo@univr.it） © SCIENTIFIC 如果你想在此显示您的广告信息，请联系我们。  /  科学技术普及新媒体矩阵  肠道类器官（Organoid Bulletin） 本公众号由AI智能体ORGANOID AGENT驱动赋能，您可以直接与公众号对话，获得最专业的类器官知识指导与信息。      我们致力于发布本领域优质资讯与评述，推送国内外类器官及干细胞相关领域最新研究论文、综述与技术进展。发布科普文章、专家观点评论、行业分析、招聘信息和会议通知。您可以在微信、小红书、百家号、企鹅号、今日头条、知乎和Bilibili关注我们。秉承类器官创新计划组织愿景，我们积极传播科学知识，促进同行交流，推动产业发展，服务国家战略，积极为类器官与干细胞技术发展提供助力。欢迎各位关注、分享、转载、投稿！原创内容欢迎转载，直接私信即可，完全免费授权。内容多来自学术论文或网络公开资源，如有侵权还请联系删除。 编辑部联系邮箱：zj@organoid.ac.cn 欢迎关注更多科学矩阵账号获取更多资讯~ 合作品牌 2025年度 欢迎找到组织 类器官创新计划组织（Innovations in organoids organization）是由来自中国科学院、北京大学、清华大学、复旦大学和浙江大学等多个顶级研究机构的头部研究团队组织发起的，完全公益的，学术与研究技术交流合作组织，成员主要由来自类器官行业内的企业高管、技术经理、高级PI等构成。加入“类器官创新计划”后，您将以极低的成本实现类器官资源的互换与共享，基于肠道类器官和类器官创新计划组织微信公众号平台，您将获得来自全行业的赋能与指导，进行标准化的类器官制备与检测，保证您的研究顺利且高质量开展。我们会将你纳入本组织“技术研发”、“开源公益”和“产品服务”等多个微信群，这样您能够与所有参与计划的成员及时沟通，您所有的类器官问题都能最及时的得到解答和帮助，互换类器官品系和干细胞研究工具资源，解决技术难题，获得技术支持。我们已有上万个来自全国顶级类器官研究机构、大学和企业的注册认证会员，大家一起为类器官事业发展点燃星星之火，推动类器官产业发展壮大。我们还建立了AI知识问答和开源类器官分析工具等多个公益项目为类器官研究提供帮助，构建开放包容的领域生态。在这里,我们敢为人先，始终积极寻求更新类器官更优的解决方案，勇于突破经验与预想的界限，致力打造科学卓越的行业新标准。 官方网站：www.organoid.ac.cn 联系邮箱：info@isco.ac.cn   组织愿景 1.共建开放协作生态：搭建行业资源共享平台，促进技术互通与经验共享，降低类器官研究门槛。 2.引领行业标准与规范：推动制定行业与国家工程标准，实现类器官培养与应用的规范化、全流程标准化。 3.打造国际学术资源枢纽：推动建设全球认可的类器官库与智库平台，加速技术向精准医学与药物研发转化。 4.驱动技术融合创新：推动整合生物材料、智能装备等工程技术创新，突破类器官规模化制备与功能重建瓶颈。 5.强化技术自主可控：推进国产化试剂、仪器研发与技术体系替代，保障核心研发链安全与战略主动权。 加入我们       本组织面向类器官全领域同行提供交流平台和会员身份认证服务，可以加入“技术研发”、“开源公益”、“产品服务”和“专属领域”等多个类型的交流群，涵盖科学研究技术、开源工具和公益、销售产品与服务、细分领域如类器官芯片、生物材料等专属群等平台，参与讨论。高级研究员或独立PI可以申请成为荣誉发起人，成为类器官创新计划贡献者与受益者。本公益组织目前已有10000+会员，期待您加入讨论分享，让我们共同促进类器官产业发展。      现在，您只需添加发起人微信，备注自己的真实姓名与单位和必要信息，例如“张三-中国科学院大学”，说明申请加入类器官创新计划，提供有效身份证件如学生证、身份证、工作证或其他任何可以证明身份的真实性的证件，即可加入对应社群。而这一切都是公益的，免费的，不收取任何费用。 扫描添加微信以进群交流 加入知识星球 面向专业科研需求和企业级资源共享，现在扫描二维码加入“肠道类器官”知识星球，就能获得来自顶级研究机构分享的类器官培养基配方和方案，类器官创新计划组织发布的官方标准指南、AI类器官分析工具等更加专业的资料。与1000+位行业精英共同交换类器官技术资料和资源，向行业专家提问，免费参与国内领先的类器官品牌产品内测试用，获得类器官工程师认证等。全行业最专业的类器官知识社区和公益平台，让您的类器官研究少走弯路！ #为什么要加入知识星球？ 1.最新最专业的培养基配方和技术资料即时获取。 2.标准类器官培养方案和技术标准材料发布唯一渠道。 3.最强AI智能体和类器官分析软件和工具解析和下载。 4.类器官领域TOP专家一对一沟通，权威资料触手可及。 5.类器官企业新产品评测和免费试用特权通道。 6.定期发放免费会议入场券和资料，提供演讲机会。  更多福利，请移步知识星球内部了解。 扫二维码｜获取资源 标准类器官培养基配方 高级类器官AI分析软件 高水平类器官文章资料 ...... 注册会员 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