杏仁核是大脑边缘系统的重要结构，参与情绪、恐惧记忆和应激反应调控，它会与下丘脑等脑区发生连接，并影响下丘脑-垂体-肾上腺轴（HPA axis）相关反应。
但人类杏仁核位于脑深部，细胞组成复杂，发育过程也与动物存在差异。传统动物模型和二维细胞培养很难直接观察人类杏仁核发育，以及压力激素如何影响相关神经回路。
2026年5月，Cell Stem Cell 在线发表研究论文 “Human amygdala-like telencephalic organoids model stress circuitry in assembloid systems”。研究团队构建了人杏仁核样端脑类器官（hATOs），并将其与下丘脑类器官组装，建立杏仁核—下丘脑样回路模型。研究结果显示，皮质醇可诱导hATOs出现应激相关信号变化，并上调灵长类特异性非编码RNA BCYRN1，进而影响突触相关基因和PSD95信号。
研究团队通过端脑诱导和杏仁核模式化处理，建立hATOs。单细胞RNA测序（scRNA-seq）和免疫荧光结果显示，hATOs具有发育中人杏仁核相关的区域身份和细胞组成。
hATOs中可检测到谷氨酸能神经元、GABA能神经元、神经祖细胞、星形胶质细胞和少突胶质前体细胞。研究团队进一步分析显示，模型中出现与基底外侧杏仁核、中央杏仁核、内侧杏仁核和闰核相关的分子特征。
研究团队将hATOs与具有室旁核样特征的下丘脑类器官（hypoTOs）融合，构建hATO-hypoTO组装体。两类器官之间形成神经投射，并出现突触相关标志物接触。
皮质醇处理后，hATOs中糖皮质激素受体和盐皮质激素受体发生核定位变化，应激相关基因、氧化应激信号和促肾上腺皮质激素释放激素（CRH）相关反应增强。
皮质醇处理显著上调灵长类特异性非编码RNA BCYRN1。与此同时，轴突和突触形成相关基因下调，PSD95信号减少；敲低BCYRN1后，皮质醇导致的PSD95下降得到部分缓解。
研究人员首先从杏仁核的发育来源出发设计类器官分化方案，杏仁核不同核团来自端脑背侧和腹侧区域，研究团队先让细胞形成端脑样神经组织，再通过调控发育信号，让其中的细胞逐步偏向杏仁核相关类型。
第40天和第80天的单细胞RNA测序显示，hATOs中已经形成神经祖细胞、GABA能神经元、谷氨酸能神经元、星形胶质细胞和少突胶质前体细胞等主要细胞群，并呈现从早期神经祖细胞向成熟神经细胞分化的过程。
研究人员进一步将hATOs的单细胞数据与人胎脑图谱比对，结果显示hATOs更接近发育中的人杏仁核，而不是普通皮层类器官；同时，NR2F2、FEZF1等杏仁核发育相关分子在hATOs中明显表达。
本部分结果说明，研究团队建立的hATOs是具有发育中杏仁核相关区域身份的人源类器官模型。
图1｜hATOs的构建与区域身份分析
A. 发育中人脑示意图，标出杏仁核所在位置及妊娠第7.5周矢状切面。B. 从人多能干细胞生成hATOs的分化流程示意图，包括端脑诱导和特定信号分子介导的杏仁核模式化。C. 第40天和第80天hATOs整合scRNA-seq数据的UMAP图，显示GABA能神经元、谷氨酸能神经元、神经祖细胞、星形胶质细胞和少突胶质前体细胞等群体。D. UMAP嵌入图显示伪时间变化，颜色由灰色至黑色表示发育进程。E. 热图显示神经祖细胞、GABA能神经元和谷氨酸能神经元相关转录因子及信号分子在hATOs中的分布。F. 特征图显示hATOs基因表达谱与人胎脑图谱中皮层下区域的相似性。G. 使用VoxHunt工具将hATOs所有细胞簇、GABA细胞簇和谷氨酸能细胞簇映射到BrainSpan人脑发育数据集。H. 小鼠E15.5 GENSAT数据显示NR2F2和FEZF1在杏仁核区域具有特异性表达。I. 特征图显示FOXG1、NR2F2和FEZF1在hATOs中的表达模式。J. 免疫荧光图像显示人皮层类器官（hCOs）和hATOs中NR2F2及FOXG1的表达。比例尺，400 μm。K. hATOs和hCOs中NR2F2阳性及FOXG1阳性细胞的定量分析。L. hCOs和hATOs scRNA-seq数据整合分析示意图。M. 特征图显示FOXG1和NR2F2在hCOs及hATOs中的表达模式。误差线表示SEM；***p < 0.001；n.s.表示无显著差异。
2. hATOs呈现杏仁核多个亚区相关特征，并含有多类神经肽阳性神经元
杏仁核由多个核团组成，不同核团的来源和分子特征并不相同。因此，在确认hATOs具有杏仁核样身份后，研究团队继续分析它们是否能反映这种内部差异。
单细胞数据和亚区评分显示，hATOs中可检测到与基底外侧杏仁核（BLA）、内侧杏仁核（MeA）、中央杏仁核（CeA）和闰核（IA）相关的分子特征。免疫荧光进一步显示，RORB、ISL1、FOXP2和FIGN在类器官中呈现不同分布；其中，RORB与VGLUT2共表达，说明模型中形成了BLA样谷氨酸能区域。
此外，hATOs中还出现多类神经肽阳性细胞。研究人员检测到VIP、PVALB、SST和CRH等神经肽相关表达，并通过免疫荧光确认了CRH、PVALB和SST阳性细胞。
这些结果说明，hATOs不仅具有杏仁核样区域身份，也能反映一定的细胞多样性和亚区相关分子特征。
图2｜hATOs重现发育中人杏仁核的分子、区域和细胞特征
A. 特征图显示hATOs不同细胞群中背侧端脑、背腹交界区和腹侧端脑相关标志物的表达。B. 基于hATOs scRNA-seq数据，UMAP图显示BLA、MeA、CeA和IA相关标志物的平均表达密度。C. 热图显示不同杏仁核区域相关分子特征。D. 第80天hATOs中RORB与ISL1，以及FOXP2与FIGN表达的免疫荧光图像。虚线标出各标志物主要表达区域。比例尺，100 μm和400 μm。E. D图中标志物表达的定量分析。F. 第80天hATOs中RORB和VGLUT2表达的免疫荧光图像。比例尺，400 μm。G-H. 热图和特征图确认hATOs中的GABA能细胞簇，其中部分GABA能细胞簇表达GAD2。I. 特征图显示hATOs中多种神经肽的表达模式。J. 柱状图显示神经肽表达细胞所占比例。K. 特征图分别显示VIP、PVALB、SST和CRH的表达模式。L. 第80天hATOs免疫荧光图像确认CRH、PVALB和SST等神经肽的表达，并对神经肽阳性细胞进行定量。比例尺，400 μm。误差线表示SEM。
杏仁核会参与应激反应，并影响下丘脑相关神经内分泌通路。为了在体外模拟这一联系，研究人员将GFP标记的hATOs与tdTomato标记的下丘脑类器官（hypoTOs）融合，构建杏仁核—下丘脑样组装体。
融合后，两个类器官之间出现神经突起延伸和细胞迁移。PSD95、synaptophysin和gephyrin等突触相关标志物分布在接触区域，说明hATOs与hypoTOs之间形成了突触相关连接。
研究人员进一步用光遗传和钙成像验证功能联系：激活hATOs后，hypoTOs中的Ca²⁺活动增加。
该结果说明，hATO侧神经活动能够影响hypoTO侧反应，支持这一组装体可用于研究人源杏仁核—下丘脑样应激回路。
图3｜使用hATOs和下丘脑类器官构建边缘系统样组装体
A. 对hATOs scRNA-seq数据进行GO分析，识别与学习和记忆、应激反应及恐惧反应相关的功能。B.柱状图显示与边缘系统发育和恐惧反应相关的显著上调GO条目。C. 示意图显示第24天hATOs感染AAV-CAGp-GFP，hypoTOs感染AAV-CAGp-tdTomato，并在1天后生成组装体。D. 融合后35天组装体的共聚焦活细胞成像。比例尺，200 μm。E. 边缘系统样组装体中细胞迁移和神经投射区域的高倍图像。比例尺，200 μm。F. hATOs与hypoTOs之间细胞迁移的定量分析。G. 免疫荧光图像显示组装体中hATO侧和hypoTO侧PSD95与GFP或tdTomato信号的相互关系。比例尺，40 μm。H.hypoTO侧可见GFP阳性hATO投射，并与synaptophysin-PSD95和synaptophysin-gephyrin斑点相邻。虚线框为放大区域，显示synaptophysin与PSD95或gephyrin的相邻分布。比例尺，10μm。I.光遗传刺激实验流程示意图。hATOs感染AAV.hSyn.ChrimsonR.tdT用于光刺激，hypoTOs感染AAV.hSyn.GCaMP6s用于检测钙信号；第24天感染后1天融合，培养至第55天或更晚进行检测。J. hypoTOs在不同时间点的钙活动图像：t = 0为刺激前，t = 200为594 nm橙光刺激开始。比例尺，50 μm。K. 橙光刺激前后hypoTOs中Ca²⁺事件的定量分析。误差线表示SEM；**p < 0.01，***p < 0.001。
研究人员进一步测试组装体是否能响应应激激素。hATOs中糖皮质激素受体（GR）和盐皮质激素受体（MR）相关基因随培养时间升高；皮质醇处理后，GR和MR更多进入细胞核，应激相关基因、氧化应激信号和ROS水平均增加。
与人皮层类器官相比，hATOs中的促肾上腺皮质激素释放激素（CRH）反应更明显。皮质醇处理后，hATOs中CRH分泌和CRH阳性细胞均增加。
在微流控芯片中，研究人员将hATOs和hypoTOs分别放在相邻腔室，并通过微通道连接。只处理hATO侧后，hypoTO侧CRH蛋白和mRNA也升高。
该结果表明，hATOs受到皮质醇刺激后，可通过组装体连接影响hypoTOs的应激相关反应。
图4｜皮质醇诱导hATOs和边缘系统样组装体中应激相关基因程序及CRH信号
A. 示意图显示糖皮质激素与GR和MR结合后激活受体，并引起应激相关基因调控。B. qPCR分析显示第24天、第40天和第480天hATOs中NR3C1和NR3C2表达水平。C. 特征图和点图显示第40天和第80天hATOs中NR3C1和NR3C2的整体表达。D. 免疫荧光图像显示10 μM皮质醇处理24小时后，hATOs中GR和MR在胞质和细胞核中的定位，并对核定位进行定量。比例尺，20 μm。E. 火山图显示皮质醇处理后hATOs中的差异表达基因。F. 柱状图显示皮质醇处理组前20个上调基因。G. 热图显示皮质醇处理与未处理hATOs中关键应激相关基因的表达水平。H. 活细胞成像显示皮质醇处理24小时后hATOs中DCFDA/H2DCFDA检测到的ROS反应，并进行定量。比例尺，50 μm。I. 点图显示皮质醇处理后与超氧化物歧化酶相关的GO条目。J. 热图显示皮质醇处理hATOs中SOD相关基因表达水平。K. 特征图显示第80天hCOs和hATOs中CRH表达模式。L. 点图显示hCOs和hATOs中CRH表达水平。M. 示意图显示使用ELISA和免疫荧光分析，经皮质醇处理24小时后hCOs和hATOs条件培养基中CRH水平的检测流程。N. ELISA检测条件培养基中CRH浓度并进行定量。O. hCOs和hATOs经皮质醇处理后的免疫荧光图像及定量分析。比例尺，100 μm。P. 活细胞成像显示第25天放置于微流控芯片腔室中的hATOs和hypoTOs投射生长情况，并在day +4、day +11、day +18、day +25和day +42观察hATO侧和hypoTO侧。比例尺，100 μm。Q. 示意图显示皮质醇处理hATOs后诱导hypoTOs中CRH表达的实验设计。R. 免疫荧光图像和定量分析显示皮质醇处理后hypoTOs中CRH表达。比例尺，100 μm。S. qPCR分析显示皮质醇处理后hypoTOs中CRH表达。误差线表示SEM；*p < 0.05，**p < 0.01，***p < 0.001。
在确认hATOs能响应皮质醇后，研究团队继续分析这种应激反应是否会影响人类或灵长类特异的转录调控。结果显示，皮质醇处理后，多类反转录转座子相关转录本发生变化，其中灵长类特异性非编码RNA BC200/BCYRN1明显升高。
进一步分析显示，BCYRN1主要与脑组织相关，并具有灵长类特异性保守序列特征。结合已有染色质开放性数据发现，糖皮质激素处理后BCYRN1启动子区域开放性增加，说明皮质醇可能促进BCYRN1转录激活。
随后，研究团队观察神经连接相关变化，经皮质醇处理后，轴突和突触形成相关基因整体下降，免疫荧光也显示hATOs中的PSD95信号减少，其编码基因DLG4表达同步降低。
为了验证BCYRN1是否参与这一变化，研究团队使用shRNA敲低BCYRN1，再进行皮质醇处理。结果显示，BCYRN1敲低后，PSD95下降得到部分缓解。
这部分实验将皮质醇应激反应与BCYRN1、突触基因程序和PSD95变化联系起来，为研究压力激素如何影响人类发育中杏仁核提供了一个分子切入点。
图5｜皮质醇诱导灵长类特异性非编码RNA BC200/BCYRN1，并破坏hATOs中的突触基因程序
A. 热图显示皮质醇暴露后经典LINE、SINE和LTR反转录转座子亚家族的整体表达。B. 全长L1和HERVK反转录转座子亚家族的定量分析。C. 主要反转录转座子家族的正义链与反义链转录本比例分析。D. L1HS、Alu和HERVK亚家族不同转录区域的转录方向分析。E. 火山图显示皮质醇处理后差异表达的反转录转座子相关转录本。F. BC200正义链和反义链转录本的定量分析。G. qPCR分析显示皮质醇处理后BCYRN1表达上调。H. 基于GTEx数据集的BCYRN1组织表达分布。I. BC200 RNA预测二级结构，突出保守的5′ Alu结构域。J. 多物种序列比对显示BC200的灵长类特异性保守特征。K. 特征图显示对照和糖皮质激素处理类器官中BCYRN1启动子区域的染色质开放性。L. 对照和糖皮质激素处理条件下BCYRN1染色质开放性的定量分析。M. 来自另一iPSC系的糖皮质激素处理和对照类器官中BCYRN1开放染色质峰热图。N. 比较皮质醇处理和未处理hATOs的GO富集分析，显示与轴突和突触形成相关的条目。O. 热图显示皮质醇处理和未处理hATOs中突触及轴突相关基因的表达水平。P. 对照和皮质醇处理hATOs中PSD95染色代表性免疫荧光图像。比例尺，40 μm。Q. hATOs中PSD95荧光强度定量。R. bulk RNA-seq中DLG4，即PSD95编码基因的TPM值。S. hATOs中shRNA介导BCYRN1敲低后再进行24小时皮质醇处理的实验流程示意图。T. shMock和BCYRN1敲低hATOs在有无皮质醇处理条件下PSD95和SMI-32免疫染色，并对PSD95荧光强度进行定量。误差线表示SEM；*p < 0.05，**p < 0.01，***p < 0.001；n.s.表示无显著差异。
这项研究首先建立了人杏仁核样端脑类器官，并通过单细胞转录组、人胎脑图谱比对、区域标志物和免疫荧光验证其杏仁核相关身份。与普通脑类器官相比，hATOs更适合用于研究人类杏仁核发育和应激相关分子反应。
研究的另一个重要价值是将hATOs与hypoTOs组装起来，形成杏仁核—下丘脑样连接。光遗传刺激和钙成像结果说明，hATO侧激活可以影响hypoTO侧神经活动；皮质醇处理hATO后，hypoTO侧CRH表达升高。这为体外研究人源应激神经回路提供了新的实验模型。
在机制层面，研究将皮质醇暴露、BCYRN1上调和突触相关程序下降联系起来，并通过BCYRN1敲低实验观察到PSD95信号的部分恢复。该结果为理解压力激素如何影响发育中人类杏仁核提供了线索。
结语
人类杏仁核与压力、恐惧和情绪反应密切相关，但其发育过程和应激相关分子变化很难在人体中直接研究。本研究通过hATOs和hATO-hypoTO组装体，建立了一个可以观察人源杏仁核样细胞组成、区域身份和应激反应的体外系统。
研究显示，hATOs能够形成与发育中人杏仁核相关的分子和细胞特征；与hypoTOs组装后，二者之间可出现神经投射和功能联系。皮质醇处理可诱导hATOs出现应激相关基因、氧化应激和CRH信号变化，并进一步上调BCYRN1，影响突触相关程序。
这项研究为神经发育、应激反应和人源脑区组装体研究提供了新的实验思路。后续仍需要结合更复杂的细胞组成、更长期的成熟模型以及疾病来源细胞，进一步验证这些发现与人类神经精神疾病之间的关系。
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