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缺氧性损伤（HI）常致新生儿神经残疾，机制不明。上海科技大学研究人员用血管化脑类器官研究 HI 表型及细胞间作用，发现其缺氧反应更强烈，血管可保护 TBR2+中间祖细胞，明确 BMP 信号作用，为研究及干预提供模型和靶点。
在生命的奇妙旅程中，新生儿的健康至关重要。然而，缺氧性损伤（HI）却像一个隐藏在暗处的 “恶魔”，常常在产前时期悄然作祟，引发新生儿神经系统残疾，给无数家庭带来沉重的打击。目前，由于获取临床样本困难重重，HI 背后复杂的分子和细胞机制犹如一团迷雾，始终未能被清晰地揭开。为了攻克这一难题，深入了解 HI 对大脑的影响，上海科技大学的研究人员挺身而出，踏上了探索的征程。他们聚焦于血管化脑类器官，试图借助这一独特的研究工具，揭开 HI 的神秘面纱。这项具有重大意义的研究成果发表在了《Neuroscience Bulletin》杂志上。
研究人员为了开展此项研究，运用了多种关键技术方法。他们首先利用细胞培养技术，对 H9 人胚胎干细胞系（H9-hES）进行培养，为后续实验提供细胞来源。随后，通过免疫荧光技术，对各类细胞进行标记和观察，直观地了解细胞的状态和分布。此外，还借助细胞分选与流式细胞术，精准分离出目标细胞；利用定量 PCR（qPCR）和批量 RNA 测序（RNA-seq）技术，深入分析基因表达情况，从分子层面探究细胞变化机制。
下面让我们深入了解一下研究的具体结果。
- 建立缺氧缺血性脑病（HIE）模型：研究人员巧妙地将中胚层来源的血管类器官（Vors）与外胚层来源的脑类器官（Cors）融合，成功构建出融合血管化脑类器官（FVCors）。在体外分化 40 天后，将 FVCors 置于低氧环境（0.6% O2 ）中处理 48 小时。免疫荧光染色显示，低氧诱导因子 - 1α（HIF-1α）被成功诱导，这表明缺氧反应被有效激发，HIE 模型构建成功。
- FVCors 在缺氧后的反应更强烈：研究人员通过对 FVCors 和 Cors 的对比研究发现，FVCors 在缺氧后，神经细胞表现出更为强烈的反应。在基因层面，FVCors 暴露于低氧环境后，有 808 个差异表达基因（DEGs），而 Cors 仅有 149 个。基因本体（GO）分析表明，FVCors 中许多差异表达基因与缺氧和代谢过程相关，炎症相关基因显著上调，与轴突发育和轴突发生相关的基因表达则明显下降。同时，缺氧会使 Cors 中编码 T-box 脑蛋白 2（TBR2）的基因 EOMES 表达显著降低，TBR2+中间祖细胞（IPs）数量减少，但这种变化在 FVCors 中并不明显。此外，FVCors 中 PAX6+神经祖细胞（NPs）的生成量原本就高于 Cors，且缺氧并未抑制这一优势12。
- 血管通过 BMP2 减轻 TBR2+IPs 的减少：研究人员对缺氧后 FVCors 中的 GFP+血管细胞进行 RNA 测序和差异表达基因分析，发现许多差异表达基因与骨形态发生蛋白（BMP）信号通路和细胞内 SMAD 信号转导有关。进一步研究发现，缺氧会导致 Cors 中 BMP 信号通路下游分子 SMAD1/5/8 的磷酸化水平下降，但在 FVCors 中这种下降趋势明显减弱。而且，缺氧处理后 FVCors 血管细胞中的 BMP2 含量增加。实验表明，在 Cors 缺氧处理时给予 BMP2，可以显著挽救 SMAD 信号通路，并减轻缺氧导致的 TBR2+IPs 数量减少，而 PAX6+细胞不受影响。
综合来看，这项研究成果意义非凡。一方面，研究人员成功构建了更接近体内环境的 HIE 体外模型，利用 FVCors 揭示了缺氧条件下血管与神经细胞之间复杂的相互作用。另一方面，明确了 BMP 信号通路在保护 TBR2+IPs 中的重要作用，为开发针对缺氧性脑损伤的神经保护策略提供了新的潜在靶点。不过，目前的模型也存在一定局限性，比如缺少血细胞和血流，类器官成熟度较低。但这并不影响该研究为后续深入探索大脑发育和病理机制，以及开发更有效的治疗方法奠定坚实基础，指引着科研人员在攻克缺氧性脑损伤难题的道路上不断前行。
