综述：脑类器官模型在自闭症研究中的进展

这篇综述系统阐述了脑类器官（brain organoids）技术在解析自闭症谱系障碍（ASD）病理机制中的突破性应用。通过三维体外模型重现早期脑发育过程，研究者揭示了ASD相关基因（如FOXG1、PTEN、CHD8）对神经前体细胞增殖、神经元分化和皮质层结构的调控作用，并探讨了功能基因组学（如Perturb-seq）与类器官结合的高通量筛选潜力，为理解ASD的分子-细胞-组织多层级机制提供了新视角。

　　

引言

自闭症谱系障碍（ASD）以复杂的遗传架构和多样行为症状为特征，其病理机制长期困扰学界。近年，源于多能干细胞（PSCs）的脑类器官技术通过模拟人类早期脑发育的多层次过程，成为破解ASD机制的关键工具。这类三维模型不仅能重现皮质发育的时空动态，还揭示了ASD相关基因突变对神经前体细胞周期、神经元命运及突触功能的深远影响。

脑类器官：分子、细胞与组织层面的建模利器

研究证实，端脑类器官可高度模拟体内皮质发育过程：神经外胚层形成后，放射状胶质细胞（RGCs）经历对称/不对称分裂，产生中间前体细胞（IPCs）和外放射状胶质细胞（oRGCs），最终分化为兴奋性神经元并形成"由内向外"的皮质层结构。单细胞转录组分析显示，类器官与真实脑组织的基因表达谱高度一致，尤其能捕捉ASD高风险基因在特定细胞类型（如表层神经元）中的富集模式。

神经前体细胞异常与细胞周期失调

多项研究揭示了ASD类器官中前体细胞增殖的共性紊乱。例如：

• 特发性ASD患者来源的类器官显示FOXG1依赖的GABA能抑制性神经元过度生成；
• PTEN缺失导致前体细胞持续进入细胞周期，形成体积增大的折叠类器官；
• MECP2突变引起PAX6⁺神经前体扩增，伴随脑室区侧向扩展。
  值得注意的是，这种增殖异常与临床常见的巨脑畸形（macrocephaly）表型相关，但单细胞数据表明，即便头围正常（normocephaly）的ASD患者也存在相似的细胞周期调控基因表达改变。

神经元分化的时空特异性缺陷

ASD类器官中，兴奋性与抑制性神经元分化均出现时空错配：

• MECP2突变导致IPC（EOMES⁺）和早期神经元（DCX⁺）减少；
• 巨脑畸形队列显示皮质板兴奋性神经元增多，而头围正常组呈现相反趋势；
• KMT5B/ARID1B/CHD8基因扰动引起GABA能中间神经元异步发育，其中CHD8单倍剂量不足在不同遗传背景中表现出显著表型异质性。

组织水平的病理特征

皮质结构紊乱
MECP2突变类器官出现脑室区扩张与皮质板变薄，而DISC1突变导致深层（CTIP2⁺）与表层（SATB2⁺）神经元标记共表达，反映分层缺陷。

迁移与轴突生长异常

• 蒂莫西综合征（TS） assembloid中中间神经元盐析运动（saltation）频率增加但位移缩短；
• 22q11.2缺失综合征模型出现丘脑皮质轴突过度生长，与FOXP2上调相关；
• ARID1B突变选择性损害上层神经元轴突延伸，与患者胼胝体发育不全吻合。

神经网络功能失调
钙成像与电生理记录捕捉到ASD类器官的电路异常：KMT5B模型网络爆发活动减弱，SHANK3缺失神经元动作电位潜伏期缩短，而TS模型因中间神经元迁移缺陷出现网络同步性亢进。

功能基因组学驱动的ASD基因解析

CHOOSE系统通过CRISPR筛选36个ASD风险基因，发现IPC和上层兴奋性神经元为最脆弱靶点，并鉴定出SATB2/OLIG1/EOMES等调控枢纽。另一项425个神经发育障碍基因的assembloid筛选则揭示SMAD4影响腹侧前脑分化，TEAD4调控中间神经元迁移。

挑战与展望

当前类器官仍缺乏小胶质细胞等关键组分，且不同遗传背景导致的表型变异需通过严格质控（如多能性评估）来解析。未来研究应拓展至小脑类器官等新模型，并整合多组学数据以揭示ASD的跨尺度机制。