自閉癥的早期診斷與干預一直是醫(yī)學領(lǐng)域的難題，而大腦過度生長已被證實是自閉癥的重要早期生物標志物。

近日，北卡羅來納大學教堂山分校醫(yī)學院Jason Stein博士團隊在

Cell Stem Cell

自閉癥是一種復雜的神經(jīng)發(fā)育障礙，全球發(fā)病率持續(xù)上升，給無數(shù)家庭帶來沉重負擔。長期以來，研究人員發(fā)現(xiàn)，部分自閉癥患兒在嬰兒期就會出現(xiàn)大腦體積異常增大的現(xiàn)象，但背后的細胞和分子機制始終不明確。

此前，由北卡羅來納大學教堂山分校主導的嬰兒腦成像研究網(wǎng)絡（IBIS），通過近 20 年的追蹤，對具有高自閉癥家族風險的嬰兒大腦進行了系統(tǒng)掃描，為理解自閉癥的早期腦部特征積累了寶貴數(shù)據(jù)。而 Stein 團隊的這項新研究，正是基于 IBIS 的臨床資源，搭建了連接臨床觀察與細胞機制的橋梁。

為了精準復刻人類早期大腦發(fā)育過程，研究團隊開展了跨學科合作——聯(lián)合醫(yī)學院的臨床醫(yī)生、精神病學家與實驗室研究人員，構(gòu)建了前所未有的腦發(fā)育細胞模型。

他們首先從 IBIS 研究中的 18 名個體身上收集全血樣本，提取外周血單個核細胞，將其 “重編程” 為誘導多能干細胞。

這些干細胞具有分化為任意細胞類型的潛力，研究人員通過精準調(diào)控，引導它們發(fā)育成能模仿人腦部分結(jié)構(gòu)和功能的腦類器官——這種 “微型大腦” 在培養(yǎng)皿中就能重現(xiàn)早期大腦的發(fā)育特征，成為研究神經(jīng)發(fā)育障礙的理想工具。

經(jīng)過細致觀察與分析，研究團隊取得了關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：神經(jīng)前體細胞和脈絡叢上皮細胞的變化，與供體參與者的大腦尺寸密切相關(guān)。神經(jīng)前體細胞是制造神經(jīng)元等各類腦細胞的 “母細胞”，其增殖與分化直接決定了大腦的發(fā)育規(guī)模；脈絡叢上皮細胞則構(gòu)成了大腦中的特殊細胞層，能分泌腦脊液相關(guān)成分，為神經(jīng)前體細胞的生長和修復提供重要支持。

進一步研究證實，神經(jīng)前體細胞中特定基因的表達水平，與較大的大腦尺寸之間存在明確關(guān)聯(lián)，這一發(fā)現(xiàn)不僅揭示了自閉癥相關(guān)大腦過度生長的細胞基礎(chǔ)，更直接驗證了他們構(gòu)建的腦類器官模型，能夠精準模擬真實人腦的發(fā)育特征。

“我們的研究表明，源自參與者的腦類器官是研究早期大腦發(fā)育的優(yōu)質(zhì)模型系統(tǒng)�！� 目前任職于波士頓兒童醫(yī)院/哈佛醫(yī)學院的 Rose Glass 博士表示，“現(xiàn)在我們可以利用這些信息，研究環(huán)境毒素暴露等因素引發(fā)的細胞變化，以及它們?nèi)绾螌е伦蚤]癥�！�

這一模型的成功構(gòu)建，解決了直接研究人類早期大腦發(fā)育的倫理與技術(shù)難題，為自閉癥研究提供了全新的實驗平臺。

基于這一可靠模型，Stein 實驗室已規(guī)劃了更深入的研究方向。他們目前正聚焦于孕期環(huán)境暴露對自閉癥的影響，重點研究丙戊酸等環(huán)境毒物的短期和長期作用。通過比較自閉癥患者與非自閉癥個體的腦類器官，研究人員希望明確這些化學物質(zhì)如何影響神經(jīng)前體細胞和脈絡叢上皮細胞的功能，進而導致大腦發(fā)育異常，同時探索遺傳風險因素如何加劇這些環(huán)境影響。

“我們現(xiàn)在專注于研究與自閉癥診斷相關(guān)的產(chǎn)前暴露，”Stein 博士介紹，“希望搞清楚環(huán)境毒物如何影響早期大腦發(fā)育，以及遺傳因素如何放大這些效應�！�

這項研究的意義遠超基礎(chǔ)機制探索：一方面，它明確了神經(jīng)前體細胞和脈絡叢上皮細胞在自閉癥相關(guān)大腦過度生長中的核心作用，為開發(fā)自閉癥早期篩查的生物標志物提供了靶點；另一方面，腦類器官模型的成功驗證，讓研究人員能夠在體外模擬自閉癥的發(fā)病過程，快速篩選潛在的干預藥物，為實現(xiàn)自閉癥的早期干預提供了可能。

對于有自閉癥家族史的家庭而言，這一進展意味著未來或許能通過檢測相關(guān)細胞的基因表達特征，實現(xiàn)更早的風險篩查；而針對關(guān)鍵細胞的靶向干預，也有望延緩甚至改善自閉癥的神經(jīng)發(fā)育異常。

隨著研究的深入，腦類器官模型將持續(xù)發(fā)揮重要作用，助力科學家們解鎖更多自閉癥的發(fā)病謎題。未來，結(jié)合遺傳檢測、環(huán)境暴露評估與細胞功能分析，有望構(gòu)建出更精準的自閉癥風險預測體系，讓早期干預成為現(xiàn)實，為自閉癥患兒及其家庭帶來新的希望。

參考資料：

[1]Madison R. Glass et al, Human cortical organoids recapitulate inter-individual variability in infant brain-growth trajectories, Cell Stem Cell (2025). DOI: 10.1016/j.stem.2025.12.001.

來源 | 生物谷

撰文 | 生物谷

編輯 | 木白

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