《Cell Reports Methods》：Multi-omic analysis of guided and unguided forebrain organoids reveals differences in cellular composition and metabolic profiles
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本研究针对引导与非引导分化方法生成的前脑类器官缺乏系统比较的问题，通过多组学分析揭示了二者在神经元/胶质细胞组成、代谢特征（OXPHOS/糖酵解偏好）及疾病建模适用性方面的显著差异，为神经类器官模型选择提供了重要依据。
在神经发育研究和疾病建模领域，三维培养的大脑类器官技术正革命性地改变着我们模拟人脑发育的过程。目前主要存在两种类器官生成策略：引导分化通过特定生长因子精确控制神经组织发育方向，而非引导分化则依赖细胞自组织能力形成多种脑区结构。尽管这两种方法均被广泛应用，但它们所产生的类器官在细胞组成、成熟速度和功能特性方面的系统性差异仍不明确。这种认知空白直接影响了疾病模型选择的科学性，特别是当研究精神分裂症等复杂神经精神疾病时，选择不当的类器官模型可能导致截然不同的研究结论。
为解决这一关键问题，?hlenschl?ger等研究者在《Cell Reports Methods》上发表了最新研究成果，通过综合运用蛋白质组学、代谢组学、单细胞转录组等多组学技术，首次对两种主流前脑类器官进行了全面对比。研究团队采用STEMCELL Technologies公司的商业化试剂盒，在相同诱导多能干细胞(iPSC)来源基础上平行生成引导和非引导前脑类器官，从分化第40天至第120天进行动态监测。
研究主要采用了以下关键技术方法：利用TMT标记定量蛋白质组学分析蛋白质表达及磷酸化、糖基化修饰；通过液相色谱-质谱联用进行代谢组和脂质组分析；应用Parse Biosciences单细胞RNA测序技术在Day20和Day40时间点解析细胞异质性；使用多电极阵列记录类器官电生理活动；借助Seahorse能量代谢分析仪测定氧化磷酸化和糖酵解活性。研究还纳入了精神分裂症患者来源的iPSC进行疾病模型验证。
蛋白质组学鉴定神经元和代谢蛋白表达差异
研究人员发现引导类器官中神经元标志物FOXG1、突触蛋白表达显著升高，而非引导类器官则富含胶质纤维酸性蛋白(GFAP)等胶质细胞标志物。特别值得注意的是，代谢通路分析显示非引导类器官的氧化磷酸化(OXPHOS)和脂肪酸β-氧化相关蛋白表达更高，而引导类器官更依赖糖酵解途径。
代谢组和脂质组谱差异
代谢特征分析进一步证实了上述发现，非引导类器官中肉碱等脂肪酸氧化中间体含量丰富，而引导类器官则表现出更高的糖酵解/磷酸戊糖途径代谢物水平。脂质组成分析显示非引导类器官含有更多己糖神经酰胺等髓鞘相关脂质。
引导类器官神经元含量增加
从早期(Day40)到晚期(Day120)，引导类器官始终维持更高的微管相关蛋白2(MAP2)和突触素1(SYN1)水平，且神经递质谷氨酸含量显著更高。尽管多电极阵列记录显示两类器官在突触数量和电活动上相似，但引导类器官的整体神经元分化程度明显更先进。
非引导类器官放射状胶质/星形胶质含量增加且FOXG1定位异常
非引导类器官中GFAP阳性细胞区域更大，且发现FOXG1转录因子在GFAP阳性细胞中出现异常胞质定位，这种现象在神经前体细胞分化过程中通常标志着细胞命运转变。
非引导类器官线粒体含量和OXPHOS蛋白增加
与代谢组数据一致，非引导类器官显示更高水平的线粒体标志物TOMM20和ATP产量，同时活性氧清除能力较弱，还原型谷胱甘肽含量较低，表明其处于更强的氧化应激状态。
糖酵解蛋白水平与HIF1α水平不相关
尽管引导类器官中糖酵解相关蛋白如MCT4、HK2表达更高，但缺氧诱导因子HIF1α却在非引导类器官中表达更强，表明代谢差异并非由缺氧程度驱动。
引导和非引导类器官的细胞组成差异
单细胞转录组分析揭示非引导类器官富含皮质缘、脉络丛等特殊细胞类型，而引导类器官则含有更多中间神经元群体。伪时间分析显示二者具有不同的神经发育轨迹。
agitation培养引导类器官不改变缺氧水平或代谢差异
即使统一采用震荡培养条件，两类器官的代谢差异依然存在，证明这种差异源于分化方案本身而非培养条件。
SCZ患者和对照的引导与非引导类器官显示不同蛋白质组疾病特征
在精神分裂症疾病建模中，两类器官呈现出截然不同的疾病相关蛋白表达模式：引导类器官主要影响JUN激酶活性相关通路，而非引导类器官则显著改变tRNA氨酰化等蛋白质翻译过程。
这项研究系统阐明了两大类器官模型的内在差异：引导类器官具有更快的神经元分化速度、更高的实验可重复性，适合研究神经元发育和突触功能；而非引导类器官则保留了更丰富的胶质细胞成分和多样的脑区特性，在模拟细胞相互作用和能量代谢方面更具优势。这些发现为神经科学研究者在模型选择上提供了关键指导，特别是在疾病特异性研究如精神分裂症模型中，不同类器官类型可能会揭示不同的疾病机制层面。研究还提示未来类器官研究需要充分考虑模型特性对实验结果的影响，推动领域向更精准、可重复的方向发展。通过建立这种全面的比较框架，该研究不仅深化了我们对类器官生物学特性的理解，也为个性化医疗时代的疾病建模奠定了基础。
