模拟微重力环境对体外神经环路系统细胞变化的影响研究

已有报道指出，太空环境中会发生生理变化，其中部分变化会导致神经功能改变和认知能力下降。迄今为止，尚未能在体外实验中明确微重力对神经回路的直接作用。因此，2025年8月，Dahee Ryu等人在Acta Biomaterialia杂志上发表了题为“Cellular changes in an in vitro neural circuit system under simulated microgravity”的文章。

此研究旨在通过微生理系统（MPS）结合Gravite模拟微重力阐明模拟微重力（sμG）对神经回路动态的影响。作者构建了单向神经回路MPS系统，提取大鼠胚胎第17天（E17）脑组织的原代神经元，将其接种于MPS，并在地面条件下培养两周以建立功能连接。

随后，培养物分别暴露于地面条件或通过Gravite进行 sμG 处理一周。接受 sμG 处理的神经元表现出氧化应激和自发 Ca² ⁺活性的显著增加，同时伴随轴突密度和突触素-1表达的明显降低。值得注意的是, sμG 未影响神经元存活率。最终，转录组分析进一步揭示了HSPA4和 SNCA 表达的显著改变，这些基因与细胞应激反应及神经退行性病理过程相关。

此研究首次将神经回路MPS应用于生理学研究的实践。这些研究结果凸显了神经回路微尺度平台（MPSs）作为建模微重力神经生物学效应及评估长期太空飞行神经功能障碍缓解对策的稳健平台的价值。通过使用微重力隔离系统，证实了活性氧（ROS）生成增加、轴突生长受抑制、突触形成改变以及与神经退行性疾病相关的基因表达变化。这些发现凸显了微重力对神经功能的潜在风险。

sμG组的ROS水平显著升高，sμG组中轴突覆盖面积显著低于nG组，在nG和sμG条件下对突触素-1的免疫荧光图像sμG每区域的突触蛋白数量显著低于nG。这些结果表明，暴露于sμG7天后，发生细胞应激，轴突生长发生变化。通过定量PCR（qPCR）检测，发现sμG 环境下HSPA4的mRNA表达水平降低，可能加剧了神经元内活性氧（ROS）水平的升高。sμG 环境下 SNCA 的mRNA表达量较地面环境增加，提示太空 sμG 可能诱发神经退行性疾病。

 

原文链接：https://www.sciencedirect.com//science/article/pii/S1742706125006051?via%3Dihub