整合转录组学与电生理分析：来源于人源诱导多能干细胞的神经元在Koolen-de Vries综合征中识别出可药物化的新通路

为何这项脑疾病研究重要

Koolen-de Vries综合征是一种罕见的遗传性疾病，导致发育迟缓、学习困难和肌张力低下。家庭目前没有特效药物，仅能提供支持性护理。本研究展示了科学家如何在实验室培养来自患者的神经元，观察其电活动如何不同于正常细胞，并利用这些差异寻找可能恢复更正常脑细胞通信的药物。

在培养皿中培育患者脑细胞

研究人员首先将来自Koolen-de Vries综合征患者和未受影响志愿者的皮肤细胞重编程为诱导多能干细胞，这些细胞可以被引导分化为多种细胞类型。随后，他们将这些干细胞诱导为兴奋性神经元，并在带有微电极的专用培养板上生长以记录电信号。经过数周，这些人工网络开始以协调的爆发方式放电，模拟了大脑中神经元群体相互交流的模式。

找出细胞间对话出错之处

当团队将患者来源的网络与对照网络比较时，发现Koolen-de Vries神经元在同步爆发中放电较少，且模式更不规则、抖动更明显。同时，这些神经元形成的突触更少，即细胞交换信号的接触点较少。为了解原因，科学家们创立了一种称为MEA-seq的方法：先记录网络活动，然后立即测量同一培养物中哪些基因被激活或沉默。通过将电生理特征与基因表达水平匹配，他们能够定位出可能影响网络放电能力的分子。

一个氯离子通道与疲惫的能量工厂

一个突出的发现是名为CLCN4的基因，它编码一种氯离子通道蛋白。在患者神经元中该基因表达升高与爆发更弱、频率更低以及爆发间隔更长有关。当研究者在患者细胞中降低CLCN4表达时，网络爆发的时序与强度向对照样式靠拢，且突触数量有所改善。研究还揭示了线粒体相关基因与健康放电模式之间的强关联。后续实验证明，患者神经元的线粒体呼吸能力较差、生成细胞能量的能力降低，并且较少依赖糖酵解，提示总体能量供应不足。

利用基因特征筛选现有药物

借助患者神经元的基因活动谱，团队转向一个大型公共数据库，该数据库记录了数千种药物在人类细胞中如何改变基因表达。他们筛选出哪些化合物倾向于逆转Koolen-de Vries样的基因签名，特别是针对线粒体与网络相关的变化。从这一次计算筛查中挑选出十种已上市或在研药物，因其可能影响能量代谢或相关通路，然后在患者来源的神经元网络上测试数周，观察电活动是否变得更有规律、更同步。

一种天然抗氧化剂的积极效果

两种化合物，fasudil和phloretin，在将异常网络活动向对照水平推近方面表现突出。Phloretin是一种来自植物、存在于苹果中的抗氧化物，在多个患者细胞系中产生了最一致的益处。它增加了发生在有组织爆发中的峰值比例，在某些细胞系中提高了爆发率，并减小了爆发间的变异性。基因分析显示，两种药物都增强了与神经投射相关的程序，这些长突起是突触所在；而phloretin还提升了与能量代谢相关的通路。与此同时，phloretin将患者神经元的突触密度恢复到接近对照水平并降低了氧化应激标志物。

这对未来治疗可能意味着什么

该研究尚不能为Koolen-de Vries综合征患者提供疗法，但它为下一步研究指明了切实可行的路线。通过将患者来源神经元的电生理记录与基因读数结合，研究者得以追溯缺失一拷贝KANSL1基因如何通过改变离子通道、减少突触并导致线粒体能量不足，从而扰乱网络节律。利用相同的数据，他们识别出包括phloretin在内的现有化合物，在培养皿中部分校正了这些问题。长期来看，这种整合策略可能加速针对Koolen-de Vries综合征及其他神经发育疾病中神经网络不同步问题的靶向治疗开发与测试。

引用: Verboven, A.H.A., Puvogel, S., Latour, B.L. et al. Integrative transcriptomics and electrophysiological profiling of hiPSC-derived neurons identifies novel druggable pathways in Koolen-de Vries Syndrome. Mol Psychiatry 31, 3558–3575 (2026). https://doi.org/10.1038/s41380-026-03482-x

关键词: Koolen-de Vries综合征, hiPSC神经元, 神经网络, 线粒体功能障碍, 药物再利用