《Nature Neuroscience》：Modeling maternal immune activation in 3D ex vivo human fetal brain cerebroids reveals IL-17A-driven disruption of cortical development
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母体免疫激活（MIA）会破坏大脑发育并增加神经发育障碍的风险，但MIA影响人类皮质发育的机制仍知之甚少。研究人员引入了一种三维离体培养系统，称为“类脑（cerebroids）”，来源于人胎儿脑组织的背外侧前额叶皮层，该系统保留了发育中人类大脑皮质的关键发育过程
母体免疫激活（MIA）会破坏大脑发育并增加神经发育障碍的风险，但MIA影响人类皮质发育的机制仍知之甚少。研究人员引入了一种三维离体培养系统，称为“类脑（cerebroids）”，来源于人胎儿脑组织的背外侧前额叶皮层，该系统保留了发育中人类大脑皮质的关键发育过程、细胞多样性和结构完整性。利用该模型，研究人员发现IL-17A（一种与MIA和神经发育障碍相关的细胞因子）诱导过早的皮质折叠，增加皮质厚度，并加速神经发生和神经元成熟。研究人员揭示IL-17A显著失调细胞外基质相关通路，包括蛋白聚糖的上调。在神经干细胞中，IL-17A直接激活NF-κB信号通路，导致持续的炎症反应，这些炎症反应促成了上述发育异常，而NF-κB通路抑制剂小白菊内酯（parthenolide）可逆转这些异常。这些发现阐明了IL-17A如何扰乱人类皮质发生，同时揭示了MIA期间脑破坏的机制。
母体免疫激活（maternal immune activation, MIA）是指孕期母体炎症反应，流行病学证据表明其显著增加后代患神经发育障碍（neurodevelopmental disorders, NDDs）的风险，包括自闭症谱系障碍（autism spectrum disorder, ASD）和精神分裂症。动物模型研究已揭示MIA可导致皮质厚度增加、神经元数量增多及皮层分层紊乱等结构异常，然而MIA影响人类胎儿皮层发育的精确细胞和分子机制仍不清楚。白细胞介素-17A（interleukin-17A, IL-17A）被认为是MIA相关神经发育风险的关键介质：ASD患者血清IL-17A水平升高，IL17A基因拷贝数变异与ASD相关，动物模型中IL-17A可诱导皮层发育异常和自闭症样行为。由于人胚胎干细胞来源的类器官缺乏免疫和血管成分，传统切片培养通量低，难以模拟MIA的免疫-神经相互作用。为此，研究人员建立了一种三维（three-dimensional, 3D）离体培养系统，称为“类脑”（cerebroids），源于人胎儿背外侧前额叶皮层（dorsolateral prefrontal cortex, DLPFC），保留了发育中人皮层的关键结构、细胞多样性和细胞外基质（extracellular matrix, ECM）成分。在该模型中，研究人员发现IL-17A诱导过早的皮层折叠、增加皮质厚度、加速神经发生和神经元成熟，并通过多组学分析揭示IL-17A导致ECM相关通路失调和神经干细胞（neural stem cells, NSCs）中核因子κB（nuclear factor kappa-B, NF-κB）信号的持续激活，而NF-κB通路抑制剂小白菊内酯（parthenolide, PTL）可逆转这些异常。这些发现阐明了IL-17A干扰人类皮质发生（corticogenesis）的机制，为理解MIA介导的脑发育破坏提供了新见解。相关成果发表在《Nature Neuroscience》杂志上。
为开展本研究，研究人员采用了多项关键技术。首先，他们从苏格兰高级胎儿研究（Scottish Advanced Fetal Research, SAFeR）队列中获取11–14孕周人胎儿DLPFC组织，并将其切成约10 mm2的全厚度片状进行自由漂浮培养，建立cerebroids模型。其次，运用免疫荧光染色、扫描/透射电镜、EdU脉冲追踪实验验证模型结构和功能。再次，通过批量RNA测序（RNA-seq）对全组织和分选的微胶质/脑相关巨噬细胞（brain-associated macrophages, BAMs）、神经元谱系定型细胞（neuron-lineage-committed cells, NLCCs）、NSCs进行转录组分析，并进行质谱蛋白质组学分析（细胞部分、可溶性ECM和不溶性ECM）。此外，还利用人iPSC来源的皮层类器官和神经祖细胞（neural progenitor cells, NPCs）进行功能验证，包括钙成像和免疫荧光。样本队列来源为SAFeR研究（NCT04613583）的16例供体。
**建立并验证人胎儿脑的3D离体培养**：研究人员将DLPFC组织切成片状培养，通过免疫荧光显示SOX2
+ NSC、TBR2
+中间前体细胞（intermediate progenitor cells, IPCs）和CTIP2
+神经元的分层分布，电镜确认顶端-基底极性和连接完整性，Ki67染色显示增殖能力与新鲜胎儿皮层相当，EdU实验证实NSC可产生中间前体和神经元，并存在微胶质、周细胞、内皮细胞和ECM成分。
**IL-17A介导的异常皮层发育**：对cerebroids进行IL-17A处理（100 ng ml
?1，隔天一次，共一周），发现其在离体第8天即出现提前的皮层折叠，第15天更明显，回指数（gyrification index, GI）增加；皮层厚度显著增加，尤其在第2、3层；CTIP2
+深层神经元和SATB2
+上层神经元数量增多，NeuN
+成熟神经元增加，表明神经元成熟加速。
**IL-17A增强神经发生**：EdU脉冲追踪显示IL-17A处理后EdU
+CTIP2
+神经元和EdU
+TBR2
+中间前体数量增加，而EdU
+SOX2
+干细胞数量不变，且EdU
+Ki67
+细胞增多，说明干细胞增殖和补充增强。在iPSC来源的皮层类器官和NPC中也观察到相似现象，表明IL-17A直接作用于NSC促进神经发生，而非仅依赖微胶质。
**IL-17A诱导的ECM重塑**：转录组分析显示IL-17A上调ECM相关基因，如THBS2、COL4A2等，蛋白质组学发现不溶性ECM中硫酸软骨素蛋白聚糖BCAN和VCAN上调，WGA和硫酸软骨素染色显示其在折叠部位增强，提示ECM改变与皮层折叠相关。
**IL-17A在NSC中激活NF-κB信号**：NSC表达IL17RA和IL17RC受体，IL-17A处理上调受体表达及下游ACT1、TRAF6等，抑制因子NFKBIB和TNFAIP3下调。磷酸化p65在IL-17A处理后核转位持续24小时，而TNF仅瞬时激活，说明IL-17A诱导持续NF-κB信号，PTL可抑制该激活。
**PTL逆转异常皮层发育**：PTL单用无明显表型，但与IL-17A联用可逆转皮层折叠、厚度增加、神经发生过度以及BCAN表达升高，证实NF-κB信号是IL-17A作用的关键机制。
讨论部分指出，cerebroids模型保留了免疫、血管和ECM成分，比传统类器官更贴近体内环境。IL-17A直接作用于NSC并诱导持续NF-κB激活，与之前的ERK/mTOR研究不同，扩展了对MIA机制的认识。ECM重塑可能是NDD的共享病理。局限包括未研究性别差异、培养时间仅15天。研究结论为：“总之，研究人员已建立了cerebroids作为一个稳健、生理相关的模型，用于探究复杂的神经发育过程。他们也展示了其作为平台研究MIA期间IL-17A介导的皮层发育破坏的应用。除了融入神经元和胶质成分外，cerebroids还整合了免疫和血管成分以及ECM。这种生理相关的复杂性为探索不同细胞群体间的细胞-细胞和细胞-ECM相互作用提供了独特平台，为理解健康大脑发育和NDD提供了宝贵见解。”
