经验分享：人多能干细胞在帕金森综合症治疗与研究中的作用( 三 ) _健康小知识

二、hPSC在帕金森综合症机制研究中的进展
2.1帕金森综合症中脑类器官模型的建立
2008年， Park及其同事首次将病人体细胞诱导转化为hiPSC ，成功构建唐氏综合征、亨廷顿、帕金森综合症患者来源的hiPSC 。之后，研究人员利用2D培养体系将hiPSC诱导分化为神经元，作为体外分化以及发育调控研究的模型，如对精神分裂症、双相情感障碍、抑郁症、帕金森综合症等的研究。然而，尽管2D培养技术相对成熟及稳定且疾病研究也取得了相应的成果，但2D培养无法良好地模拟脑内三维空间上的结构以及由各种因子和信号所组成的复杂的微环境，更无法准确概括细胞与细胞/细胞外基质之间的相互作用。研究表明， 2D所得的多巴胺能神经元虽具备部分病理特征，如上调的氧化应激的敏感性，但分化所得神经元不仅成熟度较低，目前也极少有报道表明该模型可模拟路易小体的异常聚集现象。
为了更好的探究帕金森综合症患者脑内细胞的状态，研究者采用类器官技术进行探究。类器官是指在体外环境下产生的具备三维结构的微型模器官，可模拟部分人体组织或器官的生理功能。并且，组成类器官的细胞具有与体内发育过程相似的定向分化性。研究表明，类器官与脑内器官具有极高的相似度。类器官培养技术最早期运用于小肠类器官的建立，直至2013年，人脑类器官才得以建立，例如Lancaster建立的皮层类器官、Muguruma建立的小脑类器官等。
中脑是多巴胺能神经元的主富集区域，该区域参与控制一系列听觉、视觉以及运动，是人脑不可或缺的区域之一。 2016年，新加坡科学家Jo与其同事建立了模拟人中脑结构的类器官模型，并通过一系列手段证明了该模型的功能活性。此外，研究者在该类器官模型内检测到多巴胺能神经元的主要标志物神经黑色素。在此基础上，研究者们也通过自体衍生的iPSC建立了具有自身遗传信息的帕金森综合症中脑类器官模型。帕金森综合症中脑类器官模型的建立为帕金森综合症发病机制的阐明以及分子机制的研究提供了平台（表1）。
表12D多巴胺能神经元及3D中脑类器官分化方法

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2.2帕金森综合症中脑类器官模型的应用与展望
自帕金森综合症中脑类器官技术建立以来，已有许多科学家依此进行分子机制等层面的探究且取得了良好的研究成果。如Kim利用患者自体体细胞建立含有自身遗传信息的hiPSC ，并结合中脑类器官分化技术成功模拟了G2019S-LRRK2散发性帕金森综合症。研究者证明该中脑类器官可呈现与PD患者相似的病理学特征，如α-突触核蛋白异常聚集及清除。除此之外，研究者还发现TXNIP可以介导G2019S-LRRK2的病理表型，该发现不仅为治疗该疾病提供了新的药物作用靶点，也为靶向性药物的筛选提供了新的方向。
类器官模型除了可应用于细胞水平机制的探究外，或可运用于亚细胞水平机制的研究，如对多巴胺能神经元内递质释放等行为的探究。递质作为生物信息传递的要素之一，是细胞维持正常活动的基本元素。单细胞内递质释放的准确检测对探索相关疾病研究具有重要意义。细胞内递质储存于囊泡内。囊泡膜由磷脂层、跨膜蛋白以及细胞膜表面的亲水化合物组成，其内含物的正常释放是维持细胞机能的重要机制之一。 α-突触蛋白的异常聚集已被证明与家族型帕金森综合症相关。有研究报道表明该蛋白可通过与磷脂的结合发生作用，并累积于突触前端，从而造成囊泡释放障碍。因此，实时准确的检测囊泡释放的方法是帕金森综合症分子机制研究中不可或缺的一部分。