引言

自閉癥譜系障礙（ASD）以復雜的遺傳架構和多樣行為癥狀為特征，其病理機制長期困擾學界。近年，源于多能干細胞（PSCs）的腦類器官技術通過模擬人類早期腦發育的多層次過程，成為破解ASD機制的關鍵工具。這類三維模型不僅能重現皮質發育的時空動態，還揭示了ASD相關基因突變對神經前體細胞周期、神經元命運及突觸功能的深遠影響。

腦類器官：分子、細胞與組織層面的建模利器

研究證實，端腦類器官可高度模擬體內皮質發育過程：神經外胚層形成后，放射狀膠質細胞（RGCs）經歷對稱/不對稱分裂，產生中間前體細胞（IPCs）和外放射狀膠質細胞（oRGCs），最終分化為興奮性神經元并形成"由內向外"的皮質層結構。單細胞轉錄組分析顯示，類器官與真實腦組織的基因表達譜高度一致，尤其能捕捉ASD高風險基因在特定細胞類型（如表層神經元）中的富集模式。

神經前體細胞異常與細胞周期失調

多項研究揭示了ASD類器官中前體細胞增殖的共性紊亂。例如：

• 特發性ASD患者來源的類器官顯示FOXG1依賴的GABA能抑制性神經元過度生成；
• PTEN缺失導致前體細胞持續進入細胞周期，形成體積增大的折疊類器官；
• MECP2突變引起PAX6⁺神經前體擴增，伴隨腦室區側向擴展。
  值得注意的是，這種增殖異常與臨床常見的巨腦畸形（macrocephaly）表型相關，但單細胞數據表明，即便頭圍正常（normocephaly）的ASD患者也存在相似的細胞周期調控基因表達改變。

神經元分化的時空特異性缺陷

ASD類器官中，興奮性與抑制性神經元分化均出現時空錯配：

• MECP2突變導致IPC（EOMES⁺）和早期神經元（DCX⁺）減少；
• 巨腦畸形隊列顯示皮質板興奮性神經元增多，而頭圍正常組呈現相反趨勢；
• KMT5B/ARID1B/CHD8基因擾動引起GABA能中間神經元異步發育，其中CHD8單倍劑量不足在不同遺傳背景中表現出顯著表型異質性。

組織水平的病理特征

皮質結構紊亂
MECP2突變類器官出現腦室區擴張與皮質板變薄，而DISC1突變導致深層（CTIP2⁺）與表層（SATB2⁺）神經元標記共表達，反映分層缺陷。

遷移與軸突生長異常

• 蒂莫西綜合征（TS） assembloid中中間神經元鹽析運動（saltation）頻率增加但位移縮短；
• 22q11.2缺失綜合征模型出現丘腦皮質軸突過度生長，與FOXP2上調相關；
• ARID1B突變選擇性損害上層神經元軸突延伸，與患者胼胝體發育不全吻合。

神經網絡功能失調
鈣成像與電生理記錄捕捉到ASD類器官的電路異常：KMT5B模型網絡爆發活動減弱，SHANK3缺失神經元動作電位潛伏期縮短，而TS模型因中間神經元遷移缺陷出現網絡同步性亢進。

功能基因組學驅動的ASD基因解析

CHOOSE系統通過CRISPR篩選36個ASD風險基因，發現IPC和上層興奮性神經元為最脆弱靶點，并鑒定出SATB2/OLIG1/EOMES等調控樞紐。另一項425個神經發育障礙基因的assembloid篩選則揭示SMAD4影響腹側前腦分化，TEAD4調控中間神經元遷移。

挑戰與展望

當前類器官仍缺乏小膠質細胞等關鍵組分，且不同遺傳背景導致的表型變異需通過嚴格質控（如多能性評估）來解析。未來研究應拓展至小腦類器官等新模型，并整合多組學數據以揭示ASD的跨尺度機制。