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（LCOs），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崭新的人源化平台。

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：在没有特定外源信号诱导的条件下，大脑类器官表面可自发形成大量小型芽状结构。这些芽状结构在形成后不久即从类脑表面脱落，并以独立微球的形式悬浮于培养液中。研究人员将这些由大脑类器官经“出芽”形成的微球状结构命名为BOMSs（BO-derived mini spheres）。BOMSs的独特产生方式引起了研究人员的极大兴趣。进一步的表征分析表明，这些BOMSs在结构和细胞组成方面均与大脑类器官存在显著区别，主要由表达PAX6和SOX2的神经元组成。

为了进一步鉴定BOMSs中所含神经元的类型，研究团队对分化第60天的BOMSs和大脑类器官进行了bulk转录组分析，发现与GABA能神经元功能相关的基因在BOMSs中高表达，包括GAD1、GAD2、SLC6A1等标志物基因，同时兴奋性神经元标志物基因在BOMSs中显著下调。结合GABA免疫荧光染色分析，研究人员确认了BOMSs主要由GABA能神经元组成，并证明了其可以在体外进一步分化为成熟的抑制性神经元。

为明确BOMSs中神经元的发育来源（LGE、CGE或MGE型），研究人员对分化第69天的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，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，二者约各占一半。研究人员通过比较BOMSs和人类胚胎神经元的单细胞转录组数据，发现二者在转录水平高度相似，并且BOMSs大致处于GW12-13时期。基于以上结果，研究人员将BOMSs定义为LCOs。

由于LCOs中的CGE和LGE型神经元各占约50%，研究团队进一步探索了从LCOs中富集两类神经元的方法。结果发现，CXCR4在LCOs中特异性表达于CGE型神经元表面，基于这一特性，研究团队建立了高效分离和纯化CGE与LGE型神经元的方法，为获取高纯度CGE或LGE型神经元提供了全新的策略。

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，在没有外源信号诱导的条件下，利用大脑类器官高效分化产生包含高纯度GABA能神经元的LCOs，为LGE/CGE发育研究、疾病模型建立及细胞治疗开发提供了崭新的人源化平台。

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。该研究得到基金委和国家重点研发计划项目以及上海市和同济大学支持。

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