日本研究团队利用诱导多能干细胞来源的多区域类器官在体外成功重建了人类神经环路，并证实丘脑在塑造人类大脑皮层细胞类型特异性神经环路中发挥关键作用。相关研究成果发表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》期刊上。
人类大脑皮层由多种类型的神经元构成，不同神经元之间以及皮层与其他脑区之间的有效信息交流，是感知、认知等高级脑功能得以实现的基础。在自闭症谱系障碍等神经发育性疾病患者中，大脑皮层神经环路的结构和功能常出现异常，因此阐明人类皮层神经环路形成的基本原理，对于理解疾病发生机制并推动新药研发具有重要意义。
以往在啮齿类动物中的研究表明，丘脑在皮层神经环路的形成过程中具有核心调控作用，但丘脑与皮层之间的相互作用如何影响人类大脑皮层神经环路的建立，一直缺乏直接证据。这主要受限于人类脑组织样本获取在伦理和技术层面上的困难。近年来，由干细胞衍生的三维类器官模型为研究人类脑发育提供了新的途径，但单一类器官难以模拟复杂的跨脑区相互作用。通过将两个或多个类器官组合而成的“组装类器官（assembloids）”，为在体外重建人类神经环路提供了可能。
名古屋大学药学研究生院的大阪田文孝教授、西村雅敏研究生及其同事，利用人类诱导多能干细胞分别构建了大脑皮层类器官和丘脑类器官，并通过物理融合的方式建立了丘脑—皮层组装类器官模型。在这一体系中，研究人员观察到丘脑神经元的轴突向皮层方向延伸，而皮层神经元的轴突也向丘脑生长，二者之间形成了突触连接，显示该体外模型在结构和连接方式上与人脑中的丘脑—皮层通路高度相似。
进一步的基因表达分析显示，与单独培养的皮层类器官相比，组装类器官中皮层区域的成熟度显著提高，提示丘脑输入能够促进人类皮层的生长与功能成熟。研究人员还发现，神经活动可由丘脑向皮层以波动形式传播，在皮层内形成同步化的神经网络。
在对皮层三种主要兴奋性神经元亚型进行分析时，研究团队发现，向丘脑投射的锥体束型神经元（pyramidal tract，PT）和皮层—丘脑型神经元（corticothalamic，CT）表现出明显的同步神经活动，而不向丘脑投射的皮层内型神经元（intratelencephalic，IT）则未出现类似同步现象。这一结果表明，丘脑输入可选择性地促进特定细胞类型神经元网络的同步化和功能成熟。
研究人员认为，该研究在体外成功重建了具有功能特征的人类神经环路，为从细胞类型层面解析人类大脑神经环路的起源、结构与功能提供了新的实验体系。大阪田文孝表示，这一工作是以“构建式”方法理解人类大脑的重要进展，有望加速对神经系统疾病和精神疾病发病机制的研究，并推动新型治疗策略的开发。
参考文献：Masatoshi Nishimura et al, Thalamus–cortex interactions drive cell type–specific cortical development in human pluripotent stem cell–derived assembloids, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2506573122
编辑：王洪
排版：李丽
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