橙灰色原创概念图:抽象类器官与三条独立药理路径相连。
患者来源前脑类器官与三类药理干预的概念示意。(NAMs China)

7 位患者的类器官覆盖不同病情程度

LIS1 基因变异可导致无脑回畸形,患者脑皮质的发育受影响。德国海德堡大学(Heidelberg University)及合作团队从既有患者队列中选出 7 位携带 LIS1 致病变异的人,按影像和临床资料分为轻度 2 位、中度 2 位、重度 3 位;另外使用 8 位无关健康供者的细胞作为对照。研究者将这些细胞制成诱导多能干细胞,再培养为前脑类器官。

约第 23 天,重度组类器官的脑室区样结构更小、排列更乱,神经元标志组成的外层区域较明显;轻度和中度组的改变介于重度与对照之间。研究先建立这种分层表型,再问不同细胞通路能否被药理干预改变。

早期祖细胞缺陷为药物试验提供读数

单细胞分析、组织染色和蛋白检测显示,患者模型中的神经上皮细胞、放射状胶质细胞及早期神经元比例和状态随病情程度变化。研究特别注意到细胞骨架、WNT 信号与蛋白稳态相关异常,各严重度组有共享表现,也有各自突出的变化。

这些结果使药物比较有了具体终点:脑室区样结构是否恢复、分裂细胞的纺锤体方向是否改善、过早出现的神经元是否减少,以及内质网应激标志是否下降。这些指标用于衡量早期发育表型,患者治疗后的临床变化仍需另行研究。

微管和 WNT 干预改善重度组结构

团队在类器官早期发育阶段短时加入微管稳定剂 epothilone D(EpoD)或激活 WNT 通路的 GSK3β 抑制剂 CHIR99021。EpoD 使重度组的微管标志、细胞连接定位及脑室区样结构部分恢复,也减小了过早出现的神经元区域;轻、中度组的变化较弱。

CHIR99021 同样改善重度组的结构,并使异常的有丝分裂纺锤体方向更接近对照。研究者将这两类药物作用联系到不同的早期祖细胞缺陷;所见结果来自限定时窗内的处理,长期连续给药的作用仍待研究。

计算筛选指向依维莫司,类器官再复核

研究者把放射状胶质细胞的基因表达变化送入 Connectivity Map,与药物诱导的表达特征比较。雷帕霉素靶蛋白(mTOR)抑制在候选作用机制中排名靠前,依维莫司由此进入后续类器官实验。计算结果只是提出候选,真正的药物反应仍由患者模型中的实验读数判断。

依维莫司处理后,中度和重度组中过早出现的神经元减少,GRP170 和 BiP 等内质网应激标志也降低。三种干预分别涉及微管、WNT 和蛋白稳态,改善的是不同但相互关联的发育读数。多位患者来源细胞使研究能够比较病情梯度;患者给药试验仍是另一阶段的研究。

来源与延伸阅读

  1. Capturing disease severity in LIS1-lissencephaly reveals proteostasis dysregulation in patient-derived forebrain organoids. Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-64980-0 ↗