编者按：近年来，小脑（cerebellum, CB）研究备受关注。已有研究显示，小脑在协调运动、维持平衡方面发挥关键作用，并在语言、空间处理、工作记忆及情绪处理等认知功能中有着重要影响。然而，常见的转移性儿童脑肿瘤，如髓母细胞瘤，以及其他小脑疾病，包括自闭症和小脑共济失调，均与小脑皮层主要输出神经元——浦肯野细胞（Purkinje cells）的退化有关。尽管这些疾病主要在小鼠模型中研究，但小鼠模型无法完全再现人类疾病的表型，因此，迫切需要建立一套全人源细胞培养系统，能够产生功能性浦肯野细胞。

今天，我们分享来自美国南加州大学Keck医学院Giorgia Quadrato团队在《Cell Stem Cell》上发表的一项研究——《Human cerebellar organoids with functional Purkinje cells》。该研究构建了一种人类小脑类器官（hCerO），能够有效地生成含有浦肯野细胞在内的功能性小脑细胞，并在体外人源三维环境中长期健康存活与成熟。这一成果对阐明小脑发育调控网络及相关疾病的细胞特异性机制具有重要意义。

01 研究背景

近年来，小脑在认知功能中的作用日益受到重视，涵盖语言、空间处理、工作记忆、执行功能和情感处理等方面。在所有哺乳动物中，小脑最初来源于中脑-后脑边界的翼板（背侧）菱形板区域（r1）。r1由两个不同的祖细胞区组成，包括PTF1A+/KIRREL2+心室区（VZ）和ATOH1+菱形唇（RL）。VZ产生GABA能神经元，包括浦肯野细胞、分子层中间神经元和小脑深部核（抑制性小脑核）；而RL则主要产生谷氨酸能神经元，包括颗粒细胞、单极刷状细胞及大型小脑深部投射神经元。

尽管小脑发育早期在物种间高度保守，与非人类哺乳动物相比，人类小脑却展现出一些独特特征，包括神经元亚型比例的变化及小脑小叶复杂性的增加。此外，人类小脑中还存在来自菱唇的特有神经祖细胞，其异常发育与多种小脑疾病相联系，例如Dandy-Walker畸形和髓母细胞瘤。由于这些疾病的研究主要集中在小鼠模型上，而小鼠模型无法完全重现人类疾病的表型，因此迫切需要开发一种能够培养功能性浦肯野细胞的全人源细胞培养系统。

02 研究成果

Giorgia Quadrato团队展示了人类小脑类器官（hCerO）能够展现与人类小脑相似的复杂性。研究者通过激活WNT和FGF8信号，构建了一个可重复的小脑体外模型，以促进神经外胚层向小脑命运的分化。经过长达30天的培养，hCerO形成了空间分离的心室和菱形唇祖细胞区。进一步的单细胞RNA测序表明，hCerO对受孕后12周及24周的人类小脑组织具有高度的相似性，并且表达浦肯野细胞的经典标记。

在长期培养中，hCerO形成了层状组织结构，并在抑制性与兴奋性神经元之间建立了功能性连接，显示出协调的神经网络活动。对于培养6个月的hCerO，研究者发现了具有功能性的浦肯野细胞，表明这些浦肯野细胞的电生理特性与体内神经元相似。此项研究为分析小脑微环路的发育失衡及功能损伤提供了新的基础，引领了有关小脑疾病研究的新思路。

03 编者点评

总体而言，Giorgia Quadrato团队成功构建了一种人类小脑类器官（hCerO），能够生成复杂的细胞多样性。培养的hCerO展现出独特的细胞结构特征，且能够实现长时间的细胞存活与成熟，其浦肯野细胞显示了仔细调控的电生理特性。这一成果不仅对应对小脑疾病提供了新视角，也为未来的生物医学研究指明了方向。作为生物医疗领域的创新者，尊龙凯时致力于推进斑马鱼、类器官及人类等生物技术服务，在健康领域贡献我们的力量。欢迎对生物技术有需求的研究者与我们联系！