胚胎細胞不斷接受由重力、細胞運動、細胞與細胞外基質相互作用以及細胞與細胞相互作用產生的機械刺激。在此過程中，無數的力驅動著形態發生，這是發育生物學中最未得到充分探索的前沿領域。重力對哺乳動物胚胎發育關鍵階段的確切影響尚不清楚。盡管有確鑿證據表明生化和機械信號可調控胚胎發育，但太空微重力所涉及的信號通路和細胞反應在很大程度上仍是未知的。
論文簡介
近日，天津大學李曉紅課題組利用人源性腦類器官模型來深入研究模擬微重力如何影響神經發育。該研究顯示，模擬微重力阻礙了N-cadherin緊密連接的形成，導致增殖受損和組織混亂相關的神經管缺陷形成。模擬微重力誘導的缺陷可通過調節YAP/BMP/ID1 軸逆轉。單細胞轉錄組測序分析結果顯示，神經干祖細胞亞群可能作為機械傳感器或重力接收器，向負責調節形態發生的亞群傳遞 BMP 信號，最終調控增殖細胞亞群。此外，模擬微重力干預會導致持續性神經損傷。該研究揭示了在人類大腦發育過程中與模擬微重力相關的分子和細胞異常，為在太空中維持正常的神經發育提供了對策。
圖1 模擬微重力會誘導增殖能力受損和結構紊亂有關的神經管缺陷。(A) 實驗設計示意圖。(B, C) 第 35 天對照組或經模擬微重力處理的腦類器官N-cadherin染色和Ki67增殖細胞染色。(D, E) 第 55 天對照組和經模擬微重力處理的腦類器官中腦室區和皮質板區域的組織結構。(F) 第35天和第55天對照組和經模擬微重力處理的腦類器官示意圖。
圖2 單細胞 RNA-Seq 顯示模擬微重力作用后的腦類器官中神經干祖細胞群失調。（A）對照組和經模擬微重力處理的腦類器官細胞亞群分類圖。（B）對照組和經模擬微重力處理的腦類器官所有亞群之間的 BMP 信號交互網絡弦線圖。（C）模擬微重力作用機制示意圖。
該研究依托先進醫用材料與醫療器械全國重點實驗室、腦機交互與人機共融海河實驗室，并獲得了“十四五”國家重點研發計劃項目“組織工程類腦智能復合體設計與開發”的資助支持。天津大學醫學院李曉紅教授為本文通訊作者，2021級博士生郭迪、姚斌副教授和邵文威副教授為本文共同第一作者。
期刊簡介
Advanced Science 是Wiley旗下創刊于2014年的優質開源期刊，發表材料科學、物理化學、生物醫藥、工程等各領域的創新成果與前沿進展。期刊為致力于最大程度地向公眾傳播科研成果，所有文章均可免費獲取。被Medline收錄，PubMed可查。最新影響因子為17.521，中科院2021年SCI期刊分區材料科學大類Q1區、工程技術大類Q1區。
