慢性腎臟病（CKD）是嚴重威脅人類健康的全球公共衛(wèi)生問題。我國CKD患者高達1.3億，居全球第一，給人民生命健康和社會經(jīng)濟帶來沉重負擔(dān)。持續(xù)性炎癥是CKD的病理特征并加速CKD進程導(dǎo)致腎臟損傷和纖維化。CKD病因多樣、機制復(fù)雜，缺乏有效治療藥物，開展炎癥導(dǎo)致的腎臟損傷修復(fù)研究具有重要意義。腎臟類器官是研究腎臟發(fā)育與再生的重要研究模型，為腎臟發(fā)育與再生研究、疾病模擬、藥物篩選、細胞治療來源提供了可能。多能干細胞（PSC和iPSCs）來源的腎類器官已被廣泛的應(yīng)用于腎臟發(fā)育和疾病，但其基因組不穩(wěn)定、細胞成熟度偏低。亟待建立細胞命運成熟的人源腎類器官用于模擬腎臟炎癥和疾病進程。

腫瘤壞死因子α（TNFα）是一種主要的組織損傷的促炎細胞因子，與慢性腎?。–KD）或急性腎損傷相關(guān)的病理條件下的炎性腎組織損傷正相關(guān)。在腎小管相關(guān)疾病如順鉑腎病、梗阻性腎病和糖尿病腎病也伴隨TNFα的增加。小鼠免疫細胞TNFα的缺失導(dǎo)致腎小球和腎小管損傷減少，提示其作為腎病輔助治療潛在的作用。

近日，山東大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院胡慧麗教授課題組與易凡教授課題組合作在Life Medicine雜志上發(fā)表了題為Establishment of epithelial inflammatory injury model using adult kidney organoids的研究論文，利用組織來源的腎臟類器官和TNFα 處理建立了模擬腎臟炎癥的上皮損傷模型。研究人員通過基因表達、熒光染色和單細胞測序等系統(tǒng)表征證實TNFα 處理后的腎類器官可以再現(xiàn)腎臟上皮細胞炎癥反應(yīng)，為研究炎癥相關(guān)腎臟疾病和促進藥物研發(fā)提供了新模型工具。

為了模擬TNFα誘導(dǎo)的腎臟細胞炎癥，研究人員首先構(gòu)建了6個不同的年齡供體來源的成體腎臟類器官系，穩(wěn)定傳代后利用TNFα處理類器官，炎癥相關(guān)趨化因子和細胞因子劑量依賴性的表達增加，細胞活力下降，DNA損傷標記物增加。

研究人員通過轉(zhuǎn)錄組測序發(fā)現(xiàn)TNFα處理后類器官后炎癥因子、趨化因子和細胞因子表達顯著上調(diào)，ELISA 檢測證實 TNFα 誘導(dǎo)的炎癥趨化因子（CCL20、CXCL8 和 CXCL5）的分泌增加。單細胞測序結(jié)果顯示TNFa處理后類器官上皮細胞新亞群獲得了免疫樣特性。而正常腎小管類器官中重要細胞成分的近曲小管（PT）和 遠曲小管（DCT）亞群在TNFα刺激后顯著減少。

臨床上老年CKD 患者病程進展更快、組織修復(fù)失敗的風(fēng)險更高，但其機制尚不完全清楚。研究人員使用已建立的 TNFα 處理的類器官模型檢測了老年供體來源（60歲左右）的腎臟類器官與青年供體（30歲左右）來源的對照組腎臟類器官對炎癥刺激敏感性的差異。轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果顯示TNFa處理后732個基因在青年組發(fā)生了顯著變化，而在老年組中僅有240個差異表達基因，表明年齡更小供體的類器官對TNFα處理誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)更敏感。有趣的是，研究人員發(fā)現(xiàn)一系列 TNFα 誘導(dǎo)的下游促纖維化反應(yīng)在年輕組中顯著下降，包括 TGFβ2、TGFβ3、BMP3 和 LEFTY1，以及膠原蛋白COL1A2等。由于TGFβ 通路激活與纖維化密切相關(guān)，老年組供體的腎臟類器官似乎喪失了炎癥誘導(dǎo)的纖維化抵抗作用。

綜上，這項研究利用TNFα 處理的人組織來源的腎臟類器官構(gòu)建了一種新模型，模擬了腎炎等腎臟疾病進展過程中炎癥反應(yīng)的細胞狀態(tài)，并證實在青年供體中具有炎癥反應(yīng)的保護效應(yīng)，本研究為研究炎癥相關(guān)腎臟疾病和促進藥物發(fā)現(xiàn)提供了新的模型。

山東大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院胡慧麗教授，山東大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院易凡教授為該文的共同通訊作者。山東大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院研究生杜浩然博士、山東大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院博士后、齊魯醫(yī)院郭立強副教授為該文共同第一作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體、科技部國家重點研發(fā)計劃的經(jīng)費支持。

英文全文鏈接：

https://doi.org/10.1093/lifemedi/lnae022

引用本文：

Haoran Du, Liqiang Guo, Jiabei Lian, Huanlu Qiu, Yunuo Mao, Fan Yi, Huili Hu, Establishment of epithelial inflammatory injury model using adult kidney organoids, Life Medicine, Volume 3, Issue 3, June 2024, lnae022, https://doi.org/10.1093/lifemedi/lnae022