天津大学李晓红AS：模拟微重力诱导人源性脑类器官神经管缺陷

胚胎细胞不断接受由重力、细胞运动、细胞与细胞外基质相互作用以及细胞与细胞相互作用产生的机械刺激。在此过程中，无数的力驱动着形态发生，这是发育生物学中最未得到充分探索的前沿领域。重力对哺乳动物胚胎发育关键阶段的确切影响尚不清楚。尽管有确凿证据表明生化和机械信号可调控胚胎发育，但太空微重力所涉及的信号通路和细胞反应在很大程度上仍是未知的。

近日，天津大学李晓红课题组利用人源性脑类器官模型来深入研究模拟微重力如何影响神经发育。该研究显示，模拟微重力阻碍了N-cadherin紧密连接的形成，导致增殖受损和组织混乱相关的神经管缺陷形成。模拟微重力诱导的缺陷可通过调节YAP/BMP/ID1 轴逆转。单细胞转录组测序分析结果显示，神经干祖细胞亚群可能作为机械传感器或重力接收器，向负责调节形态发生的亚群传递 BMP 信号，最终调控增殖细胞亚群。此外，模拟微重力干预会导致持续性神经损伤。该研究揭示了在人类大脑发育过程中与模拟微重力相关的分子和细胞异常，为在太空中维持正常的神经发育提供了对策。

模拟微重力会诱导增殖能力受损和结构紊乱有关的神经管缺陷。(A) 实验设计示意图。(B, C) 第 35 天对照组或经模拟微重力处理的脑类器官N-cadherin染色和Ki67增殖细胞染色。(D, E) 第 55 天对照组和经模拟微重力处理的脑类器官中脑室区和皮质板区域的组织结构。(F) 第35天和第55天对照组和经模拟微重力处理的脑类器官示意图。

单细胞 RNA-Seq 显示模拟微重力作用后的脑类器官中神经干祖细胞群失调。（A）对照组和经模拟微重力处理的脑类器官细胞亚群分类图。（B）对照组和经模拟微重力处理的脑类器官所有亚群之间的 BMP 信号交互网络弦线图。（C）模拟微重力作用机制示意图。

该研究依托先进医用材料与医疗器械全国重点实验室、脑机交互与人机共融海河实验室，并获得了“十四五”国家重点研发计划项目“组织工程类脑智能复合体设计与开发”的资助支持。天津大学医学院李晓红教授为本文通讯作者，2021级博士生郭迪、姚斌副教授和邵文威副教授为本文共同第一作者。

WILEY

论文信息：

The Critical Role of YAP/BMP/ID1 Axis on Simulated Microgravity-Induced Neural Tube Defects in Human Brain Organoids 

Di Guo, Bin Yao, Wen-Wei Shao, Jia-Chen Zuo, Zhe-Han Chang, Jian-Xin Shi, Nan Hu, Shuang-Qing Bao, Meng-Meng Chen, Xiu Fan, and Xiao-Hong Li*

Advanced Science

DOI:10.1002/advs.202410188

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期刊简介

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