综述：脑类器官在解决突触核蛋白病异质性方面的潜力

本文聚焦突触核蛋白病（Synucleinopathies），探讨脑类器官（BOs）技术在研究其发病机制中的应用。BOs 可模拟人类大脑组织微环境，研究发现其在阐释 α- 突触核蛋白（α-Syn）聚集、线粒体异常等机制上有重要价值，为攻克这类疾病带来新希望。

　　

突触核蛋白病（Synucleinopathies）

突触核蛋白病是一组神经退行性疾病，其病理特征为 α- 突触核蛋白（α-Syn）错误折叠和细胞内积累，临床表现多样。主要分为路易体病和多系统萎缩（MSA）两类。

• 路易体病：包括帕金森病（PD）、帕金森病伴痴呆（PDD）和路易体痴呆（DLB）。PD 最为常见，其特征是中脑黑质致密部（SNc）多巴胺能（DA）神经元选择性缺失 ，患者会出现运动症状如运动迟缓、肌强直、静止性震颤和姿势不稳，还伴有非运动症状。随着病情进展，50 - 80% 的 PD 患者会发展为 PDD，痴呆症状会加重患者残疾程度。DLB 与 PDD 在病理上难以区分，但 DLB 中痴呆先出现，且临床症状如认知波动、视幻觉等更为常见。此外，路易体病理还存在于自主神经系统和肠神经系统。

• 多系统萎缩（MSA）：其病理特征是 α-Syn 以胶质细胞质包涵体（GCI）的形式在胶质细胞体中广泛积累。MSA 有两种临床表型，即 MSA-P（以帕金森综合征为主）和 MSA-C（以小脑性共济失调为主）。MSA 中的 α-Syn 聚集体在形态上与路易体病中的不同，且其原子分辨率结构也有差异。目前，不同 α-Syn 构象菌株出现的机制以及它们对不同细胞类型、脑区的影响和传播机制仍有待确定。

脑类器官（Brain organoids）

α-Syn 聚集体的存在是突触核蛋白病病理诊断的关键，但蛋白聚集体水平与临床症状严重程度的相关性并不强。当前的小鼠模型在研究人类细胞对 α-Syn 聚集体的反应时存在局限性。诱导多能干细胞（iPSCs）技术的发展使脑类器官（BOs）的生成成为可能。BOs 由多种脑区特异性细胞组成，能模拟人类大脑组织的基因表达、表观遗传和细胞结构特征，为在类人组织环境中研究疾病机制提供了机会。不过，BOs 与产前和产后早期大脑相似，其功能成熟度和作为神经退行性疾病模型的可靠性仍需验证。

中脑类器官（MBOs）与帕金森病（PD）机制

多个研究小组利用胚胎干细胞（ESCs）和 iPSCs 成功制备了中脑类器官（MBOs），这些 MBOs 包含多种神经元类型，如 DA、GABA 能、谷氨酸能和血清素能神经元，还能特异性产生 PD 中易受损的 A9 型 DA 神经元。MBOs 中的 DA 神经元具有特征性的电生理起搏器活动，且含有神经黑色素（NM），这些特点使其成为研究突触核蛋白病细胞反应机制的有力工具。

• α-Syn 积累：SNCA 基因突变与 PD 密切相关，携带 SNCA 重复突变的 MBOs 会积累高水平的磷酸化 α-Syn，导致 DA 神经元数量减少和星形胶质细胞样细胞比例增加。LRRK2 - G2019S 突变的 MBOs 也会积累磷酸化 α-Syn，且 DA 神经元更易受损伤。GBA1 基因突变会导致 MBOs 中 α-Syn 聚集和 DA 神经元丢失，还可形成类似路易体的包涵体，这些研究表明 MBOs 可用于研究路易体形成的机制。

• 线粒体生物学改变：MPTP 可导致帕金森综合征，许多与 PD 相关的基因突变也与线粒体功能异常有关。MBOs 经 MPTP 处理后会出现 DA 神经元选择性丢失，携带 PARKIN、DJ - 1 等基因突变的 MBOs 也表现出线粒体功能障碍和 DA 神经元减少，这验证了 MBOs 在研究线粒体异常机制方面的可靠性。

• 神经发育缺陷：线粒体融合和分裂在胎儿大脑发育中对神经元祖细胞的命运起决定性作用。PINK1 缺陷的 MBOs 中 DA 神经元生成受损，DNAJC6 基因突变的 BOs 中神经管状结构完整性受损，DA 神经元生成减少，且易出现 α-Syn 积累和功能障碍，这表明 MBOs 可用于研究 PD 中 DA 神经元选择性易损性的机制。

• 环境因素：超过 90% 的 PD 病例为散发性，由基因和环境因素共同作用引起。MBOs 可用于研究环境因素对 PD 的影响，如 MPTP、6 - 羟多巴胺（6 - OHDA）等毒素会导致 MBOs 中 DA 神经元减少，三甲胺 N - 氧化物（TMAO）会引起 MBOs 出现细胞应激、神经退行性变等类似 PD 的病理变化。

突触核蛋白病中的皮质病理

DLB 和 PDD 的皮质神经元中存在 α-Syn 聚集体，目前对其皮质神经退行性变的机制有多种假说，包括寡聚 α-Syn 的直接毒性、与其他蛋白聚集物的协同毒性、皮质输入减少、代谢异常和线粒体功能改变等。

• 脑类器官在阐释皮质 α-Syn 病理机制中的潜力：类似背外侧前额叶皮质的 BOs 有助于明确遗传、环境因素以及不同蛋白聚集体及其构象菌株在皮质病理中的作用。携带 ApoE4 变异的脑类器官（COs）中 α-Syn 积累增加，LRRK2 - G2019S 突变的 COs 中神经元功能改变，这些研究表明 BOs 可用于研究皮质 α-Syn 病理的复杂机制。

局限性与未来展望

• 细胞和结构的缺失：目前 BOs 通常缺乏小胶质细胞、少突胶质细胞和内皮细胞，限制了对突触核蛋白病细胞反应的全面研究。不过，已有多种方法尝试在 BOs 中引入这些细胞。

• 血管生成：BOs 缺乏功能性血管化，影响细胞成熟和疾病模型的构建。目前正在开发多种方法在 BOs 中引入功能性血管。

• 类器官融合：单个 BOs 缺乏不同脑区的神经解剖连接，融合类器官或组装体可用于模拟 α-Syn 病理在不同脑区的传播。

• 功能成熟和老化：BOs 模拟的是胎儿大脑发育阶段，与突触核蛋白病的发病年龄不符。目前正在探索多种方法加速 BOs 中神经元的成熟和模拟老化过程，如使用小分子鸡尾酒、过表达转录因子等，还可将 BOs 移植到啮齿动物大脑中研究其在体内的变化。

脑类器官技术虽处于发展阶段，但在研究突触核蛋白病机制、识别生物标志物和药物靶点方面具有巨大潜力。克服当前技术限制将有助于推动该领域的发展，促进对突触核蛋白病的理解和治疗。