融合小胶质细胞的神经类器官模型：评估已知发育神经毒素诱导的神经炎症与毒性作用

为解决传统发育神经毒性(DNT)动物模型资源密集且缺乏明确化学警示的问题，Stem Pharm团队开发了融合iPSC来源小胶质细胞的3D神经类器官模型。该研究通过LDH、GFAP、NF-L释放检测细胞损伤，结合IL-8分泌和RNA测序分析，首次系统揭示了铅暴露等神经毒素通过激活小胶质细胞介导的神经炎症通路导致中枢神经系统损伤的新机制，为建立更精准的人类神经毒性预测体系提供了创新平台。

　　

在神经发育毒理学领域，传统依赖孕鼠的体内测试方法不仅耗费巨大，更因物种差异导致预测准确性受限。更棘手的是，现行OECD推荐的17项体外发育神经毒性测试组合(DNT IVB)完全忽略了神经免疫互作这一关键维度——作为大脑常驻免疫细胞的小胶质细胞(Microglia)，其在毒素暴露后的激活状态及其引发的级联炎症反应，长期以来都是毒性评估的"盲区"。

针对这一技术瓶颈，美国威斯康星州麦迪逊市的Stem Pharm公司研究人员创新性地构建了包含诱导多能干细胞(iPSC)来源小胶质细胞的神经类器官模型。这项发表于《Current Research in Toxicology》的研究，通过整合单细胞转录组(scRNA-seq)、48重细胞因子检测等高通量技术，首次系统揭示了铅、秋水仙碱等神经毒素通过激活CX3CR1⁺小胶质细胞触发IL-8/CXCL10炎症风暴的新机制，为理解环境毒素致神经损伤提供了全新视角。

关键技术方法包括：1) 采用PEG水凝胶构建多层平面神经类器官，整合NPCs、ECs、MSCs和iPSC来源小胶质细胞；2) 通过10x Genomics单细胞转录组解析29,508个细胞的异质性；3) 结合LDH-Glo、GFAP/NF-L ELISA多维度评估细胞损伤；4) 应用Illumina NovaSeq X Plus进行bulk RNA测序分析7,825个差异表达基因；5) 采用3D显微成像定量小胶质细胞球形度(Sphericity)形态变化。

神经免疫类器官的特征分析

单细胞转录组将类器官解构为12类细胞群，其中小胶质细胞(1.9%)呈现典型CX3CR1⁺稳态特征。LPS/IFNγ刺激后，STAT1和CXCL10在胶质细胞中显著上调，而IL-8分泌严格依赖小胶质细胞存在。特别值得注意的是，血管相关细胞群高表达PDGFRβ和CSPG4，揭示了EC诱导的周细胞样转化现象。

神经毒性筛查的关键发现

在测试的15种化合物中，铅(100 μM)和秋水仙碱(50 μM)展现出独特的双相效应：铅暴露早期(24小时)即诱导IFIT1/ISG15等干扰素刺激基因(ISGs)上调，伴随小胶质细胞球形度增加46%(p<0.001)，但神经元损伤标志物NF-L释放延迟至72小时；而秋水仙碱则同步引发IL-8(158 pg/mL)、GFAP(3.2 ng/mL)和NF-L(1.8 ng/mL)的急剧升高。剂量实验显示铅的IL-8分泌EC₅₀为3.5-9 μM，显著低于其神经毒性阈值。

通路分析的突破性见解

基因本体(GO)富集发现铅特异性激活干扰素-γ通路，这与职业铅暴露人群血清IFNγ升高的临床观察高度吻合。相比之下，磷酸三甲酯(TCP)虽引起NF-L释放，但完全不触发IL-8反应，提示其毒性机制绕过了小胶质细胞激活途径。

这项研究颠覆了传统神经毒性评估范式，首次证实：1) 铅等重金属的神经毒性始于小胶质细胞介导的CXCL8/CCL13炎症网络激活，远早于形态学损伤；2) 不同毒素存在"直接神经损伤"与"免疫介导损伤"的机制分型；3) 干扰素信号通路可能是铅神经毒性的早期生物标志物。该模型为识别具有神经免疫毒性的环境污染物提供了新工具，尤其对评估BBB穿透性化合物的发育风险具有重要价值。未来研究可进一步探索小胶质细胞-星形胶质细胞交叉对话在毒素清除中的作用，以及IL-8拮抗剂作为神经保护剂的潜在应用。