你有没有遇到过这样的情况：端起一杯水，手不自觉地发抖；走直线时，身体总是往一边歪；说话时，字句断断续续，像被卡住了一样？这些“不协调”的背后，很可能是一个只有拳头大小的脑区在“罢工”——它就是小脑。别看它只占大脑体积的十分之一，却掌管着我们所有精细的动作、平衡感，甚至连说话时的节奏和情绪的稳定都离不开它。
然而，有一类患者从青春期开始就会逐渐失去这些能力：走路越来越不稳，手脚越来越不听使唤，最终只能依靠轮椅。这就是弗里德赖希共济失调，最常见的遗传性共济失调，全球平均每5万人中就有1人患病。罪魁祸首是一个叫FXN的基因：它的内含子区域出现了异常长的GAA重复序列，导致线粒体蛋白frataxin严重缺乏，神经细胞慢慢走向死亡。更棘手的是，人类小脑的结构和发育过程与其他动物差异巨大，常规的动物模型很难真实反映疾病的真相。
近日，美国国立卫生研究院国家转化科学促进中心的研究团队在Commun Biol上发表了一项令人振奋的成果。他们不仅用60天时间在培养皿中“长”出了功能性的人小脑类器官，还成功“装”上了对神经元迁移至关重要的伯格曼胶质细胞，并用患者自己的细胞让弗里德赖希共济失调的关键病理变化现了原形——最终，药物和基因编辑成功逆转了这些病变。
小脑类器官：神经前体细胞竟然长在最外面？
研究团队设计了一套60天的分化方案。其中最关键的一步是用0.5 μM的CHIR99021适度激活WNT信号通路，成功诱导出菱脑节1区身份——这正是胚胎中小脑的起源区域。随后加入FGF19，引导类器官形成小脑板结构，包括两个重要的前体区域：小脑板神经上皮和菱形唇。
最有趣的发现发生在显微镜下。大脑皮层类器官的神经前体细胞通常藏在内部，形成一个个“花环”状结构，神经元向外迁移。但这款小脑类器官完全反了过来：SOX2阳性的前体细胞齐齐排列在最外层，而TUJ1阳性的新生神经元则从外向内“钻”进深处。用BrdU脉冲标记实验证实，越早出生的神经元向内迁移得越远——这与人类小脑发育中特有的“由外向内”迁移规律完全吻合。
图1：人小脑类器官的建立与表征
伯格曼胶质细胞：给迁移的神经元架起“空中走廊”
小脑发育还有一招独门绝技：伯格曼胶质细胞。这类细胞会伸出又长又细的放射状突起，像一条条定向跑道，引导刚刚诞生的颗粒神经元从最外层安全迁移到深处的最终位置。在普通类器官培养中，胶质细胞自然出现往往需要3到6个月，等得人心急。本研究在第21天到第35天加入了一组胶质诱导因子（DLL1、Jagged-1、LIF、Oncostatin M、CNTF）以及趋化因子SDF1，成功在35天内就诱导出具有典型长突起的伯格曼胶质细胞（S100β阳性、GFAP阳性）。
效果立竿见影。与没有接受胶质诱导的类器官相比，诱导组的GFAP阳性结构覆盖面积更大，NeuN阳性的颗粒神经元分布范围更广、数量也更多——说明伯格曼胶质细胞确实扮演了神经元迁移和生存的“护航者”。更厉害的是电生理记录：两组类器官在第80天都能自发放电，但只有胶质诱导组在ATP刺激后出现了明显的放电频率变化。这正好模拟了真实小脑中，伯格曼胶质细胞通过调节细胞外钾离子浓度来增强浦肯野细胞兴奋性的生理过程。
图2：胶质诱导及伯格曼胶质细胞的功能效应
患者细胞重现疾病：重复越长，损伤越重
研究团队从两名弗里德赖希共济失调患者身上获取了诱导多能干细胞，分别携带330/380次和541/420次GAA重复扩增（健康对照仅为9次）。结果与临床高度一致：frataxin蛋白水平随着重复次数增加而断崖式下降，长扩增组几乎检测不到任何蛋白。在第60天的小脑类器官中，患者组的多个病理指标全线飘红：活化型caspase-3飙升（细胞正在大量凋亡）、乌头酸酶2水平暴跌（线粒体功能亮红灯）、组蛋白H4低乙酰化（表观遗传被“静音”），而且长扩增组的病变更严重。此外，患者类器官的线粒体形态变得异常（面积变大、圆度降低），活性氧水平显著升高，线粒体分裂与融合相关的蛋白（DRP1、OPA1、TOM20）也出现紊乱。
图3：弗里德赖希共济失调患者来源诱导多能干细胞系的构建及疾病特异性表型鉴定
逆转病变：药物“松绑”和基因“手术刀”双管齐下
既然表观遗传的“静音”是致病推手，研究团队测试了五种组蛋白去乙酰化酶抑制剂。结果显示，曲古抑菌素A和丙戊酸最争气：它们能显著提高患者类器官中的frataxin蛋白水平，同时恢复H4乙酰化、降低活化型caspase-3。为了更彻底地解决问题，研究者动用了CRISPR-Cas9这把基因“手术刀”，切除了FXN基因内含子1中的GAA扩增区域。从长扩增患者系中，他们成功获得了两个基因校正的克隆系。校正后的细胞重新开始表达frataxin，再分化形成的小脑类器官一切恢复正常——所有病理性标志物都回到了健康水平。
结语
这项研究用60天时间在培养皿中搭建了一个带“导航胶质”的微型人小脑，不仅忠实复现了小脑独有的由外向内神经元迁移，更用患者自己的细胞精准展示了GAA重复长度与frataxin缺失、线粒体损伤、氧化应激和细胞凋亡之间的量效关系。通过组蛋白去乙酰化酶抑制剂和CRISPR基因编辑两种策略，研究者成功逆转了疾病表型。这一平台为弗里德赖希共济失调的药物筛选和基因治疗提供了前所未有的临床前工具，也为其他小脑相关疾病（如FGF14重复扩增导致的晚发性共济失调）的研究打开了新的大门。期待未来，越来越多的患者能够重新找回稳稳的脚步。（生物谷Bioon.com）
参考文献：Ryu, S., Inman, J., Hong, H. et al. Modeling Friedreich’s ataxia with Bergmann glia-enriched human cerebellar organoids. Commun Biol (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-10180-5