利用人皮质类器官微生理系统揭示阿尔茨海默病中单核细胞驱动的神经炎症机制

为解决阿尔茨海默病（AD）神经炎症机制中单核细胞作用不明的问题，研究人员开发了人皮质类器官微生理系统（hCO-MPSs），发现AD患者单核细胞浸润能力增强、Aβ清除能力下降且促炎反应加剧，并鉴定出IL-1β和CCL3为关键介质。该研究为AD神经炎症提供了新见解，模型兼容常规实验室设置，具有广泛适用性。

　　

阿尔茨海默病（AD）作为最常见的痴呆类型，全球患者已超4400万，其发病机制中神经炎症的作用日益受到关注。尽管大脑驻留免疫细胞（如小胶质细胞）的过度激活已被广泛研究，但外周免疫系统（尤其是单核细胞）在AD中的作用仍知之甚少。临床证据显示，AD患者脑实质中存在大量单核细胞浸润，并聚集于Aβ斑块周围，但其动态相互作用机制因缺乏合适的人类模型而难以解析。传统脑类器官虽能模拟人脑微环境，但存在缺氧、坏死、缺乏免疫组分等问题。为此，研究人员开发了一种创新性解决方案——人皮质类器官微生理系统（hCO-MPSs），为揭示单核细胞驱动的AD神经炎症提供了全新视角。

研究团队通过3D打印技术构建环形支架，在标准96孔板中培养环形人皮质类器官（doughnut-shape hCOs），形成高通量、低缺氧的hCO-MPSs平台。该系统结合患者来源的单核细胞，实现了动态监测免疫细胞与脑组织的相互作用。关键技术包括：1）3D打印环形支架优化类氧/营养扩散；2）AD患者与年龄匹配对照（AC）单核细胞的分离与共培养；3）单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析细胞互作机制；4）时间推移成像追踪单核细胞浸润动态。

hCO-MPSs用于研究AD单核细胞介导的神经炎症

研究显示，环形hCO-MPSs较传统球形类器官显著降低缺氧核心（宽度0.5 mm vs. 半径0.9 mm），细胞存活率提升。RNA测序证实环形类器官中成熟神经元（MAP2⁺）和星形胶质细胞（GFAP⁺）标志物表达上调，皮质板标记物CTIP2（BCL11B）和TBR1表达增强，提示更好的皮质特异性发育。

AD与AC单核细胞的浸润差异

AD单核细胞在hCO-MPSs中浸润量是AC的2倍，且在Aβ存在时进一步增加。scRNA-seq发现AD单核细胞高表达趋化因子受体CCR1及迁移相关基因（如SEMA6B、PECAM1），而CCL3（CCR1配体）的蛋白水平在共培养系统中显著升高。中和实验证实，CCL3抗体可减少单核细胞浸润，揭示CCL3/CCR1轴的关键作用。

AD单核细胞功能异常

AD单核细胞的Aβ吞噬能力较AC下降，吞噬相关基因（FCGR2A、TYROBP）和Aβ代谢基因（CLU、LRP2）表达降低。同时，炎症标志物S100A8和LYZ显著上调，GO分析显示其炎症通路激活而吞噬功能抑制。

AD单核细胞诱导星形胶质细胞激活

AD单核细胞共培养导致星形胶质细胞GFAP荧光强度增加1.5倍，活性氧（ROS）水平升高，促炎基因（如IL6、TNF）表达上调。中和IL-1β可逆转此效应，表明IL-1β是介导神经炎症的核心因子。

AD单核细胞触发神经元凋亡

TUNEL染色显示AD单核细胞诱导的神经元凋亡较AC增加2倍，伴随凋亡基因（JUN、GADD45G）上调和突触组织相关基因下调。时间推移成像捕捉到24小时内脑室区（VZ）样结构的破坏，证实单核细胞对神经元的直接损伤。

研究结论指出，hCO-MPSs揭示了AD单核细胞通过IL-1β和CCL3加剧神经炎症的机制：CCL3促进单核细胞脑浸润，IL-1β激活星形胶质细胞并导致神经元死亡，形成恶性循环。该模型克服了传统类器官的局限性，为研究神经退行性疾病提供了简单、高通量的平台。讨论部分强调，未来需整合血脑屏障（BBB）和更多免疫细胞以完善模型，但当前成果已为AD免疫治疗（如靶向CCL3/IL-1β）提供了新思路。论文发表于《SCIENCE ADVANCES》，展现了类器官技术在转化医学中的潜力。