近年来，基于人类多能干细胞（hPSCs）的三维类器官培养体系可以在体外较好地模拟人脑的发育过程和生理功能。目前，科学界已成功生成若干具有区域特异性的核团类器官，如丘脑弓状核样结构、脊髓三叉神经背角相关核团等；同时，不同脑区类器官形成的类组装体也逐渐成为探索脑区互作和信息传递的重要工具。尽管这些进展展示了区域化与功能化脑类器官的构建潜力，但能够在体外精准呈现特定核团身份、并具备相应生理功能的人类核团类器官仍较为稀少。尤其是在类器官移植后实现人源神经投射与环路重建方面，目前仍处于初步探索阶段，有待进一步优化与突破。

Meynert基底核（nbM）主要起源于内侧神经节隆起（MGE），被认为是基底前脑区域最重要的胆碱能输出核团之一。nbM通过广泛的胆碱能投射网络动态调节大脑皮层的神经活动，并在学习和记忆等高级认知功能中发挥关键作用。研究表明，在唐氏综合征（DS）等儿童脑疾病中，基底核胆碱能神经元呈现显著损害，这种损害与认知功能障碍密切相关。然而，目前缺乏模拟胆碱能神经元的空间结构及脑区相互作用的人源模型，导致基底核相关发育性脑疾病的研究进入瓶颈。基于hPSCs的3D类器官技术为解决上述难题提供了新途径，但目前仍缺乏用于研究胆碱能神经元相关疾病的基底核类器官。

近日，南京医科大学药学院刘妍教授联合基础医学院郭兴教授、南京医科大学附属妇产医院程青教授和华东师范大学董毅教授，在Cell Stem Cell上发表题为Generation of human nucleus basalis organoids with functional nbM-cortical cholinergic projections in transplanted assembloids的研究论文，报道了一种Meynert基底核类器官（hnbMOs）的构建方法。

1、构建具备核团身份的人类Meynert基底核类器官

在研究的第一部分，团队建立了人类Meynert基底核类器官分化体系。研究者通过添加腹侧化诱导因子SHH（音猬因子）和Pur（嘌吗啡胺，SHH信号通路激动剂），并加入β-神经生长因子（β-NGF）促进胆碱能神经元分化，最终使类器官在63天左右成功形成富含胆碱能神经元的hnbMOs。通过与人胎脑、人鼠脑转录图谱对照分析，hnbMOs显示出与nbM最强的转录相关性，明显区别于内侧隔核（MS）、布罗卡斜带核（DBB）等其他MGE来源核团。这一系列结果表明，研究团队构建的类器官在谱系、转录特征、区域身份上均高度接近人类真实的Meynert基底核，为后续投射与疾病建模奠定基础。

图1.Meynert基底核类器官的建立

2、在类组装体中重建nbM-皮层胆碱能投射通路

为了在体外重构nbM-皮层胆碱能投射通路，研究人员将hnbMOs与人皮层类器官（hCOs）融合后形成类组装体。融合后的组装体保留两种脑区身份，hnbMOs向皮层区显著地发出GFP+神经束，且投射量随时间明显增加。逆行病毒追踪显示，大量与皮层形成突触的投射神经元来自hnbMOs的胆碱能神经元。光遗传与膜片钳实验显示，当刺激hnbMOs一侧，皮层侧神经元能记录到兴奋性突触后电流。钙成像显示两侧类器官之间出现同步网络活动，且可被毒蕈碱受体[乙酰胆碱（ACh）两类主要受体之一]拮抗剂选择性阻断，进一步验证了nbM-皮层胆碱能调控。ACh探针（ACh3.0）成像也表明hnbMOs神经元可向皮层侧释放乙酰胆碱。以上结果表明研究团队成功在体外重建了人类nbM-皮层胆碱能投射通路。

图2.nbM-皮层类组装体的构建

3、双脑区移植模型在小鼠体内重建完整的人类nbM-皮层通路

团队创新性提出的“双脑区移植”策略：将hnbMOs与hCOs分别移植至小鼠大脑对应区域，首次在哺乳动物体内重建完整的人类nbM-皮层通路。移植6个月后，两种类器官均大量存活，其中，hnbMOs向hCOs发出密集的胆碱能投射。进一步的光遗传刺激hnbMOs移植物可在皮层移植物神经元中诱发兴奋性突触后电流，说明该通路在体内已建立功能性连接。该模型首次在人类源神经元之间重建了跨脑区的功能回路，为未来研究“人脑神经环路如何在体内运作、修复与整合”开辟了新的实验路径。

图3.双脑区移植模型的构建

4、利用Meynert基底核类器官模拟唐氏综合征nbM-皮层投射缺陷

研究人员首先在唐氏综合征（DS）的胎脑样本中确认其皮层的CHAT（胆碱乙酰转移酶）水平显著下降。随后，团队将DS患者与正常对照来源的iPSC（诱导多能干细胞）分别诱导分化为hnbMOs，发现DS类器官中MGE前体与CHAT+胆碱能神经元比例均明显降低。而在类组装体中，DS类器官的投射量显著低于正常，逆行追踪也显示其与皮层形成突触的投射神经元数量减少。进一步的单细胞测序揭示DS类器官在轴突发生、神经突发育等基因通路显著受损。以上结果表明DS的皮层胆碱能输入缺陷，很大程度源自nbM胆碱能神经元自身发育不足与轴突投射受损。

图4.模拟DS的胆碱能投射缺陷

结论

本研究构建了人源化Meynert基底核类器官，并将其与皮层类器官融合，生成能够模拟胆碱能投射的人脑类组装体。同时，研究团队通过双脑区移植方法，在动物体内重建了人源nbM至皮层的完整胆碱能连接。此外，利用DS患者来源的iPSC类组装体，研究者还重现了其胆碱能投射受损的特征。该成果为研究胆碱能回路相关的认知障碍以及开发潜在干预策略提供了新的工具和实验基础。

研究模式图

南京医科大学刘妍教授、郭兴教授、南京医科大学附属妇产医院程青教授和华东师范大学董毅教授为论文的共同通讯作者，南京医科大学药学院博士后王达、南京医科大学生殖医学与子代健康全国重点实验室博士研究生张馨月、南京医科大学药学院唐晓艳博士、华东师范大学青少年健康评价与运动干预教育部重点实验室博士研究生甘义霞，南京医科大学药学院副教授余汉文为本文的共同第一作者。

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