FCD是一种具有高度异质性的神经发育异常疾病，其背后的具体机制至今尚未完全揭示。mTOR信号通路在细胞生长、增殖和代谢方面扮演重要作用。大脑发育过程中，mTOR信号通路的过度激活会干扰神经元的成熟和迁移，导致神经元异常增大和异形神经元的形成，在Ⅱ型FCD的发病中发挥重要作用。然而，即使对切除脑组织采用深度测序，仍有很大比例的Ⅱ型FCD患者无法检测到致病性突变，多数FCD患者个体发病机制显示了很强的异质性，难以解析其个体特异的发病机理，这阻碍了难治性癫痫个体化精准治疗的发展。

FCD患者常常面临癫痫反复发作、药物治疗效果不佳等难题，严重影响患者的生活质量。传统的研究方法往往难以全面揭示FCD的发病机制，尤其是在个体水平上。因此，开发一种能够模拟FCD患者大脑发育和病理特征的模型，对于深入了解FCD的发病机制、筛选有效治疗药物以及制定个体化治疗方案具有重要意义。

为了深入探究FCD的发病机制，并为开发新的治疗策略提供实验基础，王艺教授团队决定构建患者个体化的FCD模型。他们利用患者手术样本中的星形胶质细胞，通过重编程技术制备了背侧和腹侧前脑类器官（DFO和VFO）。这些类器官能够模拟患者大脑的特定区域，重现FCD的病理特征，为研究FCD的发病机制提供了新的平台。

1. 类器官的制备与鉴定

研究团队首先从FCD Ⅱ型患者的手术样本中提取人星形胶质细胞，并通过重编程技术将这些细胞转化为诱导多能干细胞（iPSCs）。随后，他们利用这些iPSCs诱导生成了背侧和腹侧前脑类器官（DFO和VFO）。通过免疫荧光染色和基因表达分析，研究团队验证了这些类器官的背侧和腹侧前脑特性，并确认它们能够重现FCD患者的病理特征，如畸形神经元、气球细胞和星形胶质细胞增生等。

2. 心肌细胞的异位发育现象

在研究过程中，研究团队意外地发现，在FCD患者的DFO和VFO中出现了心肌细胞的异位发育现象。在FCD患者的脑组织中，异形细胞表现出高水平的BMP4表达，包括异形神经元、气球样细胞、巨型细胞和反应性星形胶质细胞。研究团队观察到，在背侧前脑类器官和患者皮质组织中，BMP和WNT信号的激活水平较高。研究结果显示，部分患者类器官中的细胞在神经分化过程中仍可以保持多能干细胞性特性。由于BMP和WNT信号的持续高水平激活，导致未分化的多能性细胞可能分化为心肌细胞。该研究结果揭示了心肌细胞可能在FCD患者大脑发育的早期阶段在大脑皮质中异位发育，异位的心肌样细胞通过与神经元相互作用，最终可能介导FCD相关癫痫的发生。

图1. scRNA-seq分析揭示了FCD类器官心肌细胞样细胞发育异常

3. 癫痫样放电与簇状钙活动

除了心肌细胞的异位发育外，研究团队还发现这些来源于患者星形胶质细胞的特异性脑类器官表现出癫痫样放电的病理特征。他们使用钙成像技术记录了背侧和腹侧前脑类器官中神经元的活动情况，并观察到了高度同步化的簇状钙活动以及具有传播扩散的特征。这些发现与FCD患者的癫痫发作特征高度一致，进一步验证了这些类器官作为FCD模型的可靠性。

图2. FCD前脑类器官癫痫样簇状钙活动和传播特征

4. BMP和WNT信号通路的作用

研究团队还深入探讨了BMP和WNT信号通路在FCD发病中的作用。他们观察到，局灶性皮层发育不良是一种具有高度异质性的神经发育异常疾病，其背后的具体机制至今尚未完全揭示。研究团队利用II型FCD患者大脑中星形胶质细胞重建了患者个体的背侧和腹侧前脑类器官（DFO、VFO）。再现了畸形神经元、气球细胞和星形胶质细胞增生的病理特征。值得注意的是，在一些FCD类器官和患者皮层组织中，由于BMP和WNT信号的高度激活，可能介导大脑皮层出现心肌细胞异位现象。进一步研究发现FCD-DFO和FCD-VFO中均观察到了类似癫痫的簇状放电以及具有传播性的簇状网络活动病理特征。

图3. 研究结果示意图

5. 心脏类器官-神经类器官组装体的研究

为了进一步研究心肌细胞异位发育对神经网络活性的影响，研究团队还构建了心脏类器官-神经类器官组装体。他们发现，这些组装体能够引起神经网络的活性增加，进一步证实了心肌细胞在FCD发病中的作用。这些发现为未来的治疗策略提供了新的思路，即针对心肌细胞的异位发育和与神经元的相互作用进行干预，可能有助于控制FCD相关癫痫的发生。

最后，研究团队发现心脏类器官-神经类器官组装体也可以引起神经网络的活性增加。总的来说，通过从患者星形胶质细胞构建的个体化、区域特异前脑类器官，有效地重现FCD异质性病理特征，为开发药物和精确的治疗策略提供一个全新的研究平台。

王艺教授团队的研究不仅揭示了FCD患者大脑中可能存在的全新发病特征——心肌细胞的异位发育，还为开发新的治疗策略提供了重要的实验平台。通过构建患者个体化的脑类器官模型，研究团队能够更精确地研究FCD的病理过程，为未来的药物开发和精准治疗策略提供了有力支持。

此外，这项研究还具有重要的临床意义。目前，对于难治性癫痫的治疗主要依赖于手术切除病灶和药物治疗。然而，由于FCD的发病机制复杂多样，很多患者难以通过传统治疗方法获得满意的效果。王艺教授团队的研究为这些患者提供了新的治疗希望。通过深入了解FCD的发病机制，并针对心肌细胞的异位发育和与神经元的相互作用进行干预，可能有助于开发新的治疗方法，提高难治性癫痫患者的治愈率和生活质量。