《Frontiers in Cellular Neuroscience》：Neurogenesis defects in iPSC-derived midbrain organoids of early-onset Parkinson's disease with 22q11.2 deletion syndrome
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散发性帕金森病（Parkinson's disease，PD）通常是一种晚发性疾病，由遗传、环境和衰老共同作用引起，当中脑多巴胺能神经元的丢失超过临界阈值时（通常在50岁以后）表现。相反，早发性PD（如与parkin（PRKN）基因突变相关的病例）提示机制涉及
散发性帕金森病（Parkinson's disease，PD）通常是一种晚发性疾病，由遗传、环境和衰老共同作用引起，当中脑多巴胺能神经元的丢失超过临界阈值时（通常在50岁以后）表现。相反，早发性PD（如与parkin（PRKN）基因突变相关的病例）提示机制涉及出生后加速的神经元丢失或出生时神经元数量不足。22q11.2缺失综合征（deletion syndrome，DS）患者早发性PD的患病率显著更高。缺失区域中缺乏已知的遗传性PD相关基因，提示存在新的非传统风险因素。这可能涉及源自底板（floor plate）的多巴胺能神经元的神经发育起源。为了验证这一假设，研究人员从一名22q11.2DS患者来源的诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells，iPSCs）生成了中脑类器官。这些类器官重现了体内神经发生的关键方面，显示在培养第28天和第56天，22q11.2DS和PRKN来源的类器官中多巴胺能神经元的分化较对照组增强。这些发现表明，在伴有22q11.2DS或PRKN突变的早发性PD患者中，增强的神经发生可能导致早期发育中多巴胺能神经元数量减少。早发性PD的类器官显示祖细胞在早期阶段经历增强分化。这表明非典型发育过程可能在产生足够成熟多巴胺能神经元之前减少祖细胞。这进而表明PD的发病可能早在胚胎期就已开始。
**研究背景与问题：** 散发性帕金森病（Parkinson's disease, PD）通常为晚发性，由遗传、环境和衰老因素共同导致，当黑质多巴胺能神经元丢失超过临界阈值（通常在50岁后）时出现运动症状。相反，早发性PD（如与parkin（PRKN）基因突变相关的病例）提示可能存在出生后加速的神经元丢失或出生时神经元数量不足的机制。22q11.2缺失综合征（deletion syndrome, DS）患者早发性PD的患病率显著高于普通人群（约2.5%），但该缺失区域（约60个基因）中不包含已知的遗传性PD相关基因，提示存在非传统风险因素，可能涉及多巴胺能神经元的神经发育起源。基于此，研究人员假设22q11.2DS相关PD的发病机制可能源于神经发育异常，而非单纯的年龄相关性神经退行性变。
**研究目的与意义：** 为验证上述假设，研究人员利用患者来源的诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells, iPSCs）生成中脑类器官，分析多巴胺能神经元的发育过程。该研究旨在阐明22q11.2DS相关早发性PD的致病机制，并比较PRKN突变早发性PD的异同。论文发表在《Frontiers in Cellular Neuroscience》。研究结果提示，早发性PD可能始于胚胎期，为早期诊断生物标志物和预防干预策略的制定提供了依据。
**主要技术方法：** 研究人员从一名22q11.2DS伴早发性PD患者（PD01）及其未受影响的血亲（NC01）以及一名PRKN基因纯合突变（c.1341G>A, p.W447Ter）的早发性PD患者（HPS4264和HPS4265）中获取外周血单核细胞，通过附加体载体重编程生成iPSCs，并以健康对照iPSC系（HC6#10）作为对照。采用改良的SFEBq（快速再聚集的胚状体样聚集体无血清漂浮培养）方法诱导中脑类器官分化，通过双SMAD抑制（SB431542和LDN-193189）、前后轴模式化（CHIR99021、FGF8）和腹侧化（SAG）处理，并在第14天后加入BDNF、GDNF等神经营养因子。使用免疫组织化学染色（抗FOXA2、LMX1A、Corin、NURR1、酪氨酸羟化酶TH等）和HALO软件进行定量分析，并通过核型分析、荧光原位杂交（FISH）和Sanger测序验证遗传背景。
**研究结果：**
**3.1 早发性PD患者iPSC的生成：** 通过核型分析确认所有iPSC系均无染色体数目或结构异常；FISH证实PD01系存在22q11.2杂合缺失，而NC01系无缺失；Sanger测序确认HPS4264和HPS4265系携带PRKN基因c.1341G>A突变，HC6系无该突变。所有iPSCs均表达多能性标志物NANOG、OCT3/4、SSEA4和TRA1-60，并具有三胚层分化能力。
**3.2 类器官中神经上皮结构和底板的特征：** 第14天时，所有iPSC系来源的类器官均形成连续SOX2+/Nestin+神经上皮结构，呈现顶面外侧、基底内侧的极性，并表达PKCζ（顶面）和磷酸化组蛋白H3（pHH3，细胞周期G2-M期标志物）。FOXA2（底板标志物）在神经上皮中高表达，各系FOXA2+细胞比例在56.1%–80.2%之间。
**3.3 中脑类器官中多巴胺能祖细胞的特征：** 第28天，类器官神经上皮中FOXA2+和LMX1A+细胞共表达，约50%的FOXA2+细胞同时表达LMX1A，且Corin（腹侧中脑多巴胺能祖细胞标志物）在LMX1A+细胞中表达，表明向中脑底板区域分化。TH+细胞（多巴胺能神经元标志物）比例在HC6系为0.94±0.11%，而在NC01#7、NC01#14、PD01#16、PD01#40、HPS4264和HPS4265系中分别为4.18±0.62%、6.13±0.84%、5.49±0.74%、12.76±1.61%、3.72±0.75%和5.32±0.72%。与HC6相比，NC01、PD01和PRKN突变系来源的类器官中TH+细胞比例显著增加。
**3.4 第56天PD iPSC来源类器官中中脑多巴胺能神经元分化更成熟：** 第56天，FOXA2+细胞比例在各系间无显著差异（HC6: 51.24±3.03%，NC01: 46.12±1.64%，PD01: 45.52±2.24%，PRKN: 53.74±1.42%）。但TH+细胞比例在PD01（20.19±3.13%）和PRKN（18.67±2.00%）系中显著高于HC6（2.95±0.83%），NC01系（13.47±2.46%）也显著高于HC6。FOXA2+/TH+双阳性细胞（中脑多巴胺能神经元）比例在PD01（12.41±2.01%）和PRKN（12.67±1.45%）系中显著高于HC6（2.24±0.64%）。相反，FOXA2+/TH-细胞（多巴胺能祖细胞）比例在NC01（38.38±2.19%）和PD01（33.11±2.42%）系中显著低于HC6（49.00±3.08%），PRKN系（41.06±1.57%）也呈降低趋势。与第28天相比，所有系第56天的TH+细胞比例均增加，但PD和PRKN系的增加幅度更大。
**讨论与结论：** 研究人员指出，在22q11.2DS和PRKN突变来源的类器官中，多巴胺能神经元分化增强，同时祖细胞群体减少，提示加速分化可能过早耗竭祖细胞池，导致出生时多巴胺能神经元数量不足。22q11.2缺失区域中的关键基因（如DGCR8、RANBP1、COMT）可能通过影响细胞周期、增殖和分化来驱动这一表型，而PRKN突变主要引起线粒体功能障碍，对早期神经谱系特化影响较轻。此外，未携带22q11.2缺失或PRKN突变的健康亲属（NC系）也表现出增强的分化趋势，但未发展成PD，提示修饰基因或未知遗传易感性等因素可能参与早发性PD的多因素病因。研究存在局限性：仅来自单例患者，未纳入晚发性PD进行比较，且未充分评估功能缺陷（如电生理、多巴胺释放等）。未来需通过全基因组测序、单细胞RNA测序等手段进一步探索。
**研究结论（翻译）：** 本研究表明，中脑多巴胺能祖细胞的分化增强是早发性PD模型中的非典型发育特征。这些发现提示，PD的病理生理学可能不仅限于年龄相关的神经退行性变，还可能涉及胚胎期建立的神经发育缺陷。此外，多巴胺能神经元数量可能在出生时已减少，这强调了针对早期诊断生物标志物和预防性干预策略的需求。
