Life Med | 胡慧丽/易凡运用组织来源人肾脏类器官建立上皮炎症损伤模型

慢性肾脏病（CKD）是严重威胁人类健康的全球公共卫生问题。我国CKD患者高达1.3亿，居全球第一，给人民生命健康和社会经济带来沉重负担。持续性炎症是CKD的病理特征并加速CKD进程导致肾脏损伤和纤维化。CKD病因多样、机制复杂，缺乏有效治疗药物，开展炎症导致的肾脏损伤修复研究具有重要意义。肾脏类器官是研究肾脏发育与再生的重要研究模型，为肾脏发育与再生研究、疾病模拟、药物筛选、细胞治疗来源提供了可能。多能干细胞（PSC和iPSCs）来源的肾类器官已被广泛的应用于肾脏发育和疾病，但其基因组不稳定、细胞成熟度偏低。亟待建立细胞命运成熟的人源肾类器官用于模拟肾脏炎症和疾病进程。

肿瘤坏死因子α（TNFα）是一种主要的组织损伤的促炎细胞因子，与慢性肾病（CKD）或急性肾损伤相关的病理条件下的炎性肾组织损伤正相关。在肾小管相关疾病如顺铂肾病、梗阻性肾病和糖尿病肾病也伴随TNFα的增加。小鼠免疫细胞TNFα的缺失导致肾小球和肾小管损伤减少，提示其作为肾病辅助治疗潜在的作用。

近日，山东大学基础医学院胡慧丽教授课题组与易凡教授课题组合作在Life Medicine杂志上发表了题为Establishment of epithelial inflammatory injury model using adult kidney organoids的研究论文，利用组织来源的肾脏类器官和TNFα 处理建立了模拟肾脏炎症的上皮损伤模型。研究人员通过基因表达、荧光染色和单细胞测序等系统表征证实TNFα 处理后的肾类器官可以再现肾脏上皮细胞炎症反应，为研究炎症相关肾脏疾病和促进药物研发提供了新模型工具。

为了模拟TNFα诱导的肾脏细胞炎症，研究人员首先构建了6个不同的年龄供体来源的成体肾脏类器官系，稳定传代后利用TNFα处理类器官，炎症相关趋化因子和细胞因子剂量依赖性的表达增加，细胞活力下降，DNA损伤标记物增加。

研究人员通过转录组测序发现TNFα处理后类器官后炎症因子、趋化因子和细胞因子表达显著上调，ELISA 检测证实 TNFα 诱导的炎症趋化因子（CCL20、CXCL8 和 CXCL5）的分泌增加。单细胞测序结果显示TNFa处理后类器官上皮细胞新亚群获得了免疫样特性。而正常肾小管类器官中重要细胞成分的近曲小管（PT）和 远曲小管（DCT）亚群在TNFα刺激后显著减少。

临床上老年CKD 患者病程进展更快、组织修复失败的风险更高，但其机制尚不完全清楚。研究人员使用已建立的 TNFα 处理的类器官模型检测了老年供体来源（60岁左右）的肾脏类器官与青年供体（30岁左右）来源的对照组肾脏类器官对炎症刺激敏感性的差异。转录组测序结果显示TNFa处理后732个基因在青年组发生了显著变化，而在老年组中仅有240个差异表达基因，表明年龄更小供体的类器官对TNFα处理诱导的炎症反应更敏感。有趣的是，研究人员发现一系列 TNFα 诱导的下游促纤维化反应在年轻组中显著下降，包括 TGFβ2、TGFβ3、BMP3 和 LEFTY1，以及胶原蛋白COL1A2等。由于TGFβ 通路激活与纤维化密切相关，老年组供体的肾脏类器官似乎丧失了炎症诱导的纤维化抵抗作用。

综上，这项研究利用TNFα 处理的人组织来源的肾脏类器官构建了一种新模型，模拟了肾炎等肾脏疾病进展过程中炎症反应的细胞状态，并证实在青年供体中具有炎症反应的保护效应，本研究为研究炎症相关肾脏疾病和促进药物发现提供了新的模型。

山东大学基础医学院胡慧丽教授，山东大学基础医学院易凡教授为该文的共同通讯作者。山东大学基础医学院研究生杜浩然博士、山东大学基础医学院博士后、齐鲁医院郭立强副教授为该文共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金创新群体、科技部国家重点研发计划的经费支持。

英文全文链接：

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