长期氟哌啶醇暴露通过 Notch1 信号通路损害人干细胞衍生脑类器官的神经发育研究

氟哌啶醇是一种典型抗精神病药，通过拮抗多巴胺 D2 受体缓解精神分裂症症状，但长期使用会导致动物和人类脑体积减小，其潜在机制尚不明确。Notch1 信号通路在神经发育中起关键作用，通过平衡神经祖细胞(NPCs)的增殖与分化调控神经系统的发育和功能。传统神经发育毒性评估依赖动物模型，存在伦理争议和种属差异，而人脑类器官作为三维模型能更精准模拟人类脑发育，为研究药物神经毒性提供理想平台。本研究旨在利用人干细胞衍生的脑类器官，探究氟哌啶醇长期暴露对神经发育的影响及 Notch1 信号通路的作用。

来自韩国成均馆大学医学院、韩国毒理研究所的团队在《Scientific Reports》期刊发表了题为Chronic haloperidol exposure impairs neurodevelopment via Notch1 signaling in human stem cell-derived brain organoids的研究。

核心内容如下：

研究方法：

模型构建：从人诱导多能干细胞(iPSCs)分化为脑类器官，经 21-63 天培养，形成含室管膜区(VZ，SOX2+)、中间祖细胞区(SVZ，TBR2+)和皮质板(CP，CTIP2+)的分层结构;

处理方案：将类器官分为对照组、氟哌啶醇(0.1、1、3μM)处理组、氟哌啶醇 + 丙酸钠(300μM，保护剂)组、氟哌啶醇 + 丙戊酸(100、300μM，Notch1 激活剂)组，持续处理 42 天;

检测指标：类器官大小、室管膜区(VZ)和神经元层厚度、Notch1 蛋白表达、细胞凋亡(cleaved-caspase-3)等。

主要结果：

氟哌啶醇呈剂量依赖性减小脑类器官体积(3μM 组最显著)，降低 VZ 厚度和神经元层厚度，且不诱导细胞凋亡(排除凋亡机制);

氟哌啶醇显著下调 Notch1 蛋白表达(1μM 和 3μM 组)，丙酸钠共处理可恢复 Notch1 表达及类器官大小、VZ 厚度;

丙戊酸(Notch1 激活剂)单独处理可上调 Notch1 表达，增加 VZ 厚度;与 3μM 氟哌啶醇共处理时，可恢复 Notch1 表达、类器官体积及 VZ 厚度，但神经元层厚度未恢复。

实验结果

图 1：脑类器官的生成与表征

内容：(A)类器官分化流程示意图：iPSCs 经神经诱导、扩增和分化，第 63 天形成成熟类器官;(B)光镜图像显示 35-63 天类器官随时间增大，比例尺 200μm;(C)定量分析类器官直径和表面积，63 天时显著增大(***p<0.0001);(D)免疫荧光显示 63 天类器官的分层结构：SOX2+(红，VZ)、TBR2+(紫，SVZ)、CTIP2+(绿，CP)，DAPI 染核(蓝)，比例尺 50μm。证实类器官成功模拟大脑皮质发育的分层结构。

图 2：氟哌啶醇对人脑类器官的影响

内容：(A)实验设计示意图：第 21-63 天用氟哌啶醇处理，光镜显示 35-63 天类器官随浓度增加体积减小，比例尺 200μm;(B)定量分析表明，3μM 氟哌啶醇组在 63 天时体积显著减小(***p<0.0001);(C)免疫荧光显示 63 天类器官中 SOX2+(VZ)和 TUJ1+(神经元)的分布，氟哌啶醇组 VZ 和神经元层变薄，比例尺 50μm;(D)定量显示 VZ 和神经元层厚度随氟哌啶醇浓度增加而降低(3μM 组最显著，***p<0.0001)。

图 3：丙酸钠对氟哌啶醇诱导的类器官损伤的拯救作用

内容：(A)光镜显示 35-63 天类器官经氟哌啶醇(1μM、3μM)+ 丙酸钠(300μM)处理后，体积较单独氟哌啶醇组增大，比例尺 200μm;(B)定量分析表明，3μM 氟哌啶醇 + 丙酸钠组体积显著恢复(*p<0.05);(C)免疫荧光显示 63 天类器官 VZ(SOX2+)和神经元层(TUJ1+)的恢复，比例尺 50μm;(D)定量显示 3μM 氟哌啶醇 + 丙酸钠组 VZ 和神经元层厚度显著恢复(*p<0.05)。

图 4：Notch1 信号在类器官神经发育中的作用

内容：(A)免疫印迹显示，1μM 和 3μM 氟哌啶醇组 Notch1 表达下调，加用丙酸钠后 Notch1 表达恢复(*p<0.05);(B)丙戊酸(300μM)单独处理显著上调 Notch1 表达(**p<0.005);(C)光镜显示丙戊酸处理的类器官 35-63 天大小变化，300μM 组体积略减小，比例尺 200μm;(D)定量显示 300μM 丙戊酸组 63 天体积略降，但 VZ 厚度显著增加(***p<0.0001);(E-F)免疫荧光及定量证实 300μM 丙戊酸组 VZ 厚度增加(***p<0.0001)。

图 5：丙戊酸对氟哌啶醇诱导的类器官损伤的部分拯救

内容：(A)免疫印迹显示，3μM 氟哌啶醇 + 300μM 丙戊酸组 Notch1 表达恢复至对照组水平(**p<0.005);(B)光镜显示 35-63 天类器官经联合处理后体积恢复，比例尺 200μm;(C-D)定量显示 3μM 氟哌啶醇 + 丙戊酸组 63 天体积显著恢复(***p<0.0001)，1μM 组无显著变化;(E-G)免疫荧光及定量显示 3μM 氟哌啶醇 + 丙戊酸组 VZ 厚度恢复(**p<0.005)，但神经元层厚度未恢复。

全文总结

本研究利用人 iPSC 衍生的脑类器官模型，证实长期氟哌啶醇暴露通过抑制 Notch1 信号通路损害神经发育：表现为类器官体积减小、室管膜区(VZ)和神经元层变薄，且不依赖细胞凋亡。机制上，氟哌啶醇下调 Notch1 表达，导致神经祖细胞(NPCs)增殖 - 分化失衡。丙酸钠可通过恢复 Notch1 表达完全拯救损伤，丙戊酸(Notch1 激活剂)可部分恢复 VZ 结构和类器官大小，但无法修复神经元层，提示氟哌啶醇可能通过其他通路影响神经元成熟。该研究揭示了氟哌啶醇神经毒性的新机制，为抗精神病药的安全性评估和副作用缓解提供了实验依据，局限性包括单一 iPSC 细胞系和未探索其他信号通路，未来需扩大样本及深入机制研究。