Life (Basel) 期刊在 2022 年 11 月发表了一篇名为」Human iPSC-Derived Cortical Neurons Display Homeostatic Plasticity」的文章，主要介绍了 人类 iPSC 衍生的皮层神经元表现出稳态可塑性。
研究简介
维持神经元和回路的兴奋性是健康大脑功能的基础。响应活动减少而兴奋性突触强度的整体代偿性增加是负责这种调节的主要稳态机制之一。这种类型的可塑性在体内和体外的啮齿动物中得到了广泛的表征，但关于人类神经元成熟的数据很少。本研究生成了一个体外皮质模型系统，该系统基于分化的人诱导多能干细胞，用 HeTun 毒素 TTX 长期处理，以研究不同发育阶段的稳态可塑性。研究结果强调了人类皮层网络中稳态可塑性的存在，并表明突触强度的变化是由于突触前和突触后机制造成的。突触前可塑性涉及神经递质释放机制的增强，与突触囊泡蛋白表达的增加有关。在突触后水平，报告了参与谷氨酸能受体锚定的突触后密度蛋白表达的增加。这些结果扩展了对神经元稳态的理解，并揭示了其在人类皮层网络中表达的发育规律。由于可以从神经发育和神经退行性疾病患者那里获得诱导多能干细胞衍生的神经元，因此该研究提供了一个用于评估生理和病理条件下的人类神经可塑性的通用模型。
研究路线
研究思路图
研究结果
本研究使用来自健康受试者成纤维细胞的 hiPSC 系，在 2D 培养条件下分化为皮层神经元（图 1A）（点击了解详情），并在不同时间点，对相关的 maker 进行鉴定。长达 70 天的分析显示神经元（MAP2、TBR1）和星形胶质细胞标志物（GFAP）的表达受时间调节，验证了从 hiPSC 细胞系分化中获得的混合神经元和神经胶质皮质培养物的成熟（图 1B-C）。
图 1 皮质神经元分化示意图（A）及鉴定（B：qPCR，C：免疫荧光）
为了评估神经元不活动对 hiPSC 衍生的皮质培养物中突触连接/成熟的影响，在两个不同的发育阶段（第 50 天和第 70 天）用 TTX 阻断动作电位（AP），以研究不同发育阶段的稳态可塑性。发现第 50 天的 TTX 组，突触后致密蛋白 PSD95、突触前标志物 SYN1、VGLUT1 水平显著升高，表明 TTX 治疗促进了积极的稳态可塑性和更快的谷氨酸能突触成熟（图 2 上）。更成熟阶段 (DAY70)，TTX 组，AP 阻断正向调节突触前 (VGLUT1) 和突触后 (PSD95) 谷氨酸能蛋白的表达，而对突触小泡蛋白 SYN1 没有显著影响，从而表明 AP 阻断在第 70 天增加了谷氨酸能网络的连通性（图 2 下）。
图 2 TTX 在第 50 天（上图）和第 70 天（下图）诱导谷氨酸能突触的稳态可塑性
在第 70 天观察到的稳态可塑性也得到了在单个神经元水平上自发的细胞内钙瞬变和谷氨酸诱导的钙反应的测量的支持。TTX 处理显著增加了 hiPSC 来源的皮质神经元的自发活性，在处理过的培养物中诱导了更高的钙瞬变振幅（图 3A，C）和较短的事件间间隔（图 3A，C）。相反，没有观察到同步放电指数或活跃神经元数量（图 3B)。局部的谷氨酸喷射诱发了快速的细胞内钙反应，TTX 处理的神经元显示出更大的谷氨酸能反应（图 3D）。
图 3 在第 70 天，TTX 诱导人 iPSC 来源的皮质培养物中谷氨酸能自发和诱发钙活性的稳态可塑性
研究结论
该研究强调了人类皮层网络中稳态可塑性的存在，并表明突触强度的变化是由于突触前和突触后机制造成的。这些结果扩展了对神经元稳态的理解，并揭示了其在人类皮层网络中表达的发育调控。
稳态可塑性与多种神经发育和神经退行性疾病的病理生理学有关，包括智力障碍、Rett 综合征、精神分裂症和阿尔茨海默病等。该研究也说明 iPSC 衍生的神经元可用于评估生理和病理条件下的人类神经可塑性。（点击了解详情）
参考文献：
Cordella F, Ferrucci L, D'Antoni C, Ghirga S, Brighi C, Soloperto A, Gigante Y, Ragozzino D, Bezzi P, Di Angelantonio S. Human iPSC-Derived Cortical Neurons Display Homeostatic Plasticity. Life (Basel). 2022 Nov 14;12(11):1884. doi: 10.3390/life12111884. PMID: 36431019; PMCID: PMC9696876