一、研究背景與目的

二、實驗設計

【目前，北京基爾比生物公司Kilby Gravity微重力培養系統已被中國科學院、哈爾濱工業大學、上海交通大學、中山大學附屬第三醫院、中國中醫科學院中藥研究所等多家研究機構采用，應用于生命醫學、人工智能等前沿領域。】

模型：IMR90-4人誘導多能干細胞（iPSC）來源的大腦類器官

設備：3D clinostat（雙軸獨立旋轉，2 rpm，平均模擬重力約10?3 G，接近國際空間站環境）

處理時期：神經成熟期（培養第35天至第65天）

檢測手段：神經遞質靶向代謝組學（UPLC-MS/MS）、qPCR、Western blot、形態學測量

三、主要研究結果

1. 形態學變化

各組類器官直徑變化非常有限，C30組有輕微但統計學顯著的增加，總體表明模擬微重力對類器官宏觀尺寸影響較小。

2. 神經遞質譜顯著失衡

核心發現：模擬微重力導致興奮-抑制平衡向抑制性主導偏移（Glu↓/GABA↑），且GABA在恢復組中進一步升高，提示某些神經化學改變可能具有持續性。

3. 基因表達廣泛重編程

（1）多能性/干性標志物顯著下調

OCT4、NANOG、SOX2在C30組下降超過85–94%；C15N15組部分恢復，但仍顯著低于對照。

（2）腦區身份基因受抑

前腦及腹側端腦關鍵調控基因（FOXG1、DLX2、EMX1、LHX6、NKX2.1、SIX6）在C30組大幅下調（最高達97%），C15N15組僅部分恢復。

（3）神經元分化與成熟標志物

MAP2、DCX、VGLUT1在C30組下降>90%，提示神經元成熟受阻。

TUBB3轉錄本反而增加約25%，可能反映特定神經元亞型的代償性轉換。

SATB2（皮層上層身份決定因子）在C30組顯著下調，但在C15N15組恢復，表明部分皮層分化程序具有可逆性。

（4）膠質細胞標志物

GFAP（星形膠質細胞標志物）在C15N15組升高5倍以上，提示恢復階段出現反應性星形膠質細胞增生或膠質激活。

4. 蛋白水平與轉錄水平分離

盡管SOX2和MAP2的mRNA水平在C30組顯著下降，但其蛋白水平未發生顯著變化。作者推測這可能與微重力暴露時間相對較短，尚不足以引起可檢測的蛋白表達改變有關。

四、討論與結論

微重力干擾神經發育軌跡：clinostat模擬微重力可破壞類器官的干性維持、區域特化及神經遞質平衡，并誘導星形膠質細胞譜系偏移（GFAP↑），提示膠質激活可能是應激適應的一部分。

部分可逆性：恢復正常重力后，部分指標（如SATB2、多數神經遞質）可出現恢復，但多能性標志物、區域身份基因及GABA的升高仍持續存在，說明微重力對神經發育具有持久影響。

機制解釋：興奮-抑制失衡（Glu↓/GABA↑）可能與宇航員在軌觀察到的睡眠障礙、反應遲緩、認知下降及情緒改變等行為表型存在機制關聯。

模型價值：該研究確立了人源大腦類器官作為地面模擬微重力研究的可行平臺，可用于篩選神經認知風險生物標志物并測試神經保護對策。

局限性：clinostat并非wan quan消除重力，而是通過持續隨機化重力矢量實現平均效應，觀察到的部分效應可能也包含流體剪切力等機械刺激因素。