人源神经管类器官模型：破解环境因素致畸机制的新利器

针对人类神经管闭合机制研究受限于胚胎组织获取伦理的难题，研究人员通过构建人iPSC衍生的微模式化/微流体神经管类器官模型，系统总结了叶酸补充降低神经管缺陷(NTDs)风险的三种分子机制，为环境致畸因素研究提供了革命性平台。该成果发表于《Reproductive Toxicology》，对出生缺陷防控具有重大意义。

　　

人类胚胎发育过程中，神经管闭合发生在孕3-4周这个"黑箱期"——此时多数孕妇尚未察觉妊娠，导致研究样本获取陷入伦理困境。更棘手的是，尽管小鼠模型已鉴定出300多个神经管闭合相关基因，但脊椎动物间的神经形成过程并不保守，使得动物实验结果难以直接推及人类。这种"样本荒"与"物种差"的双重壁垒，严重阻碍了环境致畸因素作用机制的解析，特别是对叶酸为何能降低神经管缺陷(NTDs)发生率这个持续30年的科学之谜。

为突破这一瓶颈，研究人员创新性地利用人诱导多能干细胞(iPSC)构建了新一代神经管类器官模型。不同于传统Matrigel包埋法，这些通过微模式化或微流体技术构建的类器官能精确再现神经褶弯曲、铰点形成、折叠对接等关键形态发生事件。研究发现，抗癫痫药丙戊酸(VPA)会导致神经板异常反向弯曲，形成负曲率结构，最终引发闭合失败——这一发现首次在人类模型中重现了临床观察到的致畸表型。

关键技术包括：1）采用微模式化培养实现神经管三维自组织；2）应用SMAD抑制剂（SB431542/LDN193189）诱导神经谱系；3）建立叶酸代谢干预实验体系；4）通过曲率量化分析评估闭合异常。

【3D-自组织微模式干细胞重现神经管闭合】研究发现，类器官能模拟不同脊柱节段的铰点分布模式：上段仅形成正中铰点，前脑/中脑段同时形成正中与背外侧铰点，而下段仅出现背外侧铰点。这种区域特异性与人类胚胎发育高度一致。

【神经管类器官诱导方法】比较7种诱导方案发现，N2补充剂是所有方案的必需成分，而B27在Karzbrun模型中非必需。TGFβ通路抑制剂（SB431542/A8301）与BMP通路抑制剂（LDN193189）的联用被证实可有效促进神经分化。

【叶酸降低NTDs发病率的分子机制】研究归纳出三种核心机制：1）通过一碳代谢维持DNA甲基化稳态；2）作为辅因子参与组蛋白甲基化修饰；3）调控关键发育基因（如Pax3、Celsr1）的表达。这些发现为叶酸防畸的"表观遗传开关"假说提供了实验支撑。

【展望】该研究开创性地将人类神经管发育研究从"二维静态"推向"四维动态"时代。特别值得注意的是，微流体技术实现了对机械力、化学梯度等微环境参数的精确操控，为解析环境致畸物的量效关系提供了可能。未来可望建立NTDs环境风险预警系统，指导个性化孕前干预策略。正如研究者所言，这项技术突破"将改变我们理解环境与基因互作的范式"。

研究最终证实，人源神经管类器官不仅能模拟VPA等已知致畸物的作用路径，更可揭示传统模型无法检测的亚临床损伤。这种"人类胚胎发育的体外沙盘"，为破解叶酸防畸机制、评估新兴环境污染物风险提供了不可替代的研究平台，标志着出生缺陷研究进入精准医学新阶段。