综述：利用发育神经发生和胶质发生的线索改进体外脑模型

　　本综述系统探讨如何借鉴神经发生（Neurogenesis）和胶质发生（Gliogenesis）的发育生物学机制，通过工程化整合细胞外基质（ECM）结构、生物力学特性（如刚度调控）、分子信号（如Reelin、BDNF、VEGF）与多尺度架构（如径向胶质细胞导向结构），构建具有高成熟度、复杂神经网络和良好重现性的3D脑模型（如类器官、水凝胶体系），以解决神经退行性疾病（如阿尔茨海默病）研究中原有模型（动物模型/2D培养）的转化瓶颈。

　　

神经发生、胶质发生与细胞外基质的作用

神经发生（Neurogenesis）和胶质发生（Gliogenesis）是神经干细胞分化为神经元和胶质细胞（星形胶质细胞、少突胶质细胞）的核心过程。这两种过程在发育和成年大脑中持续受到微环境信号的精密调控，其失调与阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病密切相关。随着年龄增长，海马齿状回颗粒下层（SGZ）和侧脑室下区（SVZ）等神经干细胞巢的微环境发生改变，导致再生能力下降。研究表明，通过提供合适的循环因子和基质信号，可促进神经发生 rejuvenation，这为工程化神经网络构建提供了理论依据。

大脑细胞外基质（ECM）在神经发育过程中扮演动态调节角色。其主要成分包括硫酸软骨素蛋白聚糖（CSPGs）、硫酸肝素、透明质酸（HA）和腱蛋白，它们与层粘连蛋白、IV型胶原和纤维连接蛋白等共同构成支架网络。透明质酸因其高亲水性和粘弹性成为神经组织工程的常用基底材料，但其单独使用时机械强度不足，需通过甲基丙烯酸化（MeHA）等交联方式增强稳定性。基质刚度对神经细胞分化和迁移具有导向作用——较软的水凝胶（模拟胚胎脑组织）更利于神经突生长和神经元分化。硫酸肝素蛋白聚糖通过侧链结合生长因子（如VEGF、BDNF），调控信号梯度分布；而层粘连蛋白和胶原中的RGD、IKVAV等基序可特异性促进神经干细胞向神经元谱系分化。

工程化策略中，完全模拟天然ECM虽不现实，但可采用仿生合成聚合物（如自组装纳米纤维）调控因子释放。去细胞化基质（如Matrigel）存在重现性问题，而人源iPSC（诱导多功能干细胞）衍生的类器官ECM成分提供更具转化潜力的替代方案。

神经发生与胶质发生的架构仿生

大脑皮质发育的关键架构细胞是径向胶质细胞（RG）和Cajal-Retzius细胞（CR）。径向胶质细胞从脑室区延伸至软脑膜表面，不仅为神经元迁移提供物理支架，还通过不对称分裂生成神经元或胶质细胞。现代人脑进化研究中发现，转酮醇酶样蛋白1（TKTL1）可增加基底RG数量，促进新皮层复杂性。Cajal-Retzius细胞是位于新皮层边缘带的瞬时神经元群体，分泌关键糖蛋白Reelin，引导神经元分层迁移并稳定微管组装。成年后Reelin表达下降与tau蛋白过度磷酸化和阿尔茨海默病病理相关。

体外模型中，这些架构线索通过微加工技术实现：静电纺丝聚己内酯（PCL）纤维可引导神经突定向生长；双光子光刻技术制造纳米网格图案；在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）上压印沟槽可促进轴突排列。更有创新性的方法是构建"活体胶质支架"——在琼脂糖微柱中培养星形胶质细胞形成胶质管，再接种神经元实现沿支架迁移。尽管目前多采用啮齿类原代细胞，但人iPSC来源的成熟星形胶质细胞 protocols 为未来转化研究提供可能。

分子信号线索的工程化整合

Reelin是皮质发育中最关键的信号分子，其通过结合载脂蛋白E受体（APOE_R）稳定微管，并调控NMDA受体介导的突触可塑性。它与N-钙黏蛋白（N-cadherin）和NECTIN（NECTIN-1/3分别定位于突触前/后膜）协同作用，促进细胞粘附和存活。神经营养因子如脑源性神经营养因子（BDNF）和血管内皮生长因子（VEGF）通过激活PI3K通路抑制凋亡因子（如BAD、caspases），增强细胞生存。骨形态发生蛋白7（BMP-7）敲除研究表明其缺失会导致皮质变薄和放射状胶质细胞脱落。

分子信号的体外整合策略仍处于探索阶段。基质金属蛋白酶（MMP）敏感肽修饰的透明质酸支架可实现局部微环境重塑；微流控技术能精确创建神经营养因子梯度；N-钙黏蛋白仿生肽自组装水凝胶已成功用于间充质干细胞软骨分化，提示其在神经导向中的潜力。多相微球封装技术可控制因子缓释时间，但需考虑不同细胞类型（神经元、胶质细胞）的差异化响应。

讨论与展望

理想神经模型需满足长期培养稳定性、区域特异性细胞分化（如皮质神经元/胶质亚型）和功能性神经网络重建三大目标。当前ECM仿生成熟度最高，架构仿生随生物打印（3D bioprinting）、光刻技术进步快速发展，而分子信号整合因时空控制复杂性成为最大挑战。未来需结合微流控、多材料生物打印和智能降解支架技术，协同优化基质力学特性、拓扑引导和动态信号释放，最终攻克体外脑模型在成熟度、复杂性和重现性方面的瓶颈。