流动环境成为疾病建模的一部分
2022 年 9 月 21 日，Science Advances 发表麻省总医院、哈佛大学及合作机构的肾脏类器官芯片研究。团队围绕常染色体隐性多囊肾病（autosomal recessive polycystic kidney disease，ARPKD），检查流动环境如何影响囊肿表型，并据此寻找药物研究线索。
ARPKD 与 PKHD1 基因有关，患者囊肿主要涉及远端肾小管和集合管。既有静态类器官在外加刺激后形成的囊肿位置，未必与患者疾病一致。这促使团队进一步考察模型微环境：流动是否能够改变人源组织中出现的疾病表型。
远端肾单位扩张与患者表型对应
研究将人多能干细胞来源肾脏类器官置于具有流动条件的芯片中，比较 PKHD1 双等位基因突变与杂合突变背景。双等位基因突变类器官逐渐出现囊肿样扩张，而相同流动条件下的杂合背景没有出现同样表型。
组织成像进一步区分近端肾小管与远端肾单位。流动条件主要增加远端肾单位的管径，近端管径没有同样变化；静态模型接受另一种刺激时，扩张的节段分布不同。
团队还观察到与疾病相关的 cAMP 和 mTOR 信号变化。
流动下的机械感知与细胞反应
转录组比较显示，流动使类器官中的纤毛相关信号及机械感知过程发生变化。减少纤毛后，增殖细胞比例及远端肾单位管径均下降，支持纤毛介导的机械感知参与囊肿形成。
活细胞成像显示肾小管在流动下发生振动，膜张力探针也检测到细胞膜张力升高。作者指出，流体进入类器官管腔的具体路径仍需研究。
流动相关通路与候选靶点筛选
团队分别在流动、静态和外加刺激条件下比较 2 种基因背景的转录组。分析识别出一组流动相关的疾病信号，再结合既有文献剔除已报道的通路，得到 229 条尚未在所比较资料中报道的候选通路。
随后，团队结合可获得的研究工具和文献选择部分靶点进行功能检查。初步比较中，FOS、RAC1 和 HIF-1 相关作用显示囊肿抑制线索，其他被测试作用并没有同样明显的结果。
候选药物作用以结构与增殖指标评价
研究没有继续推进 HIF-1 抑制策略，因为该通路还参与肾脏促红细胞生成素调节，抑制它可能加重肾性贫血。后续药物比较因而集中于 RAC1 与 FOS。
后续研究集中于 RAC1 与 FOS 相关候选：R-naproxen、R-ketorolac 和 T-5224。团队在芯片模型中比较远端管径、三维管体积和增殖细胞比例，观察到这些测试条件下囊肿相关表型减轻。
作者还用肾损伤相关标志物检查所测条件的组织反应，没有观察到同样的明显损伤信号。与 R-naproxen 相比，具有不同作用特征的 S-naproxen 没有产生相同囊肿抑制，帮助研究区分一般抗炎作用和当前模型中的候选机制。
患者组织与下游信号补充模型解释
团队检查 4 名 ARPKD 患者的肾脏样本，并以肿瘤切除标本中的正常组织作为对照。患者囊肿上皮中，活化 RAC1 与 FOS 阳性细胞比例分别约为 94.8% 和 50.9%，正常远端肾小管中则约为 11.1% 和 15.1%。这些结果将模型中的候选通路与人类疾病组织联系起来。
流动下的突变类器官中，部分肌动蛋白骨架和抑制细胞增殖相关基因表达下降，与杂合对照的变化方向相反。R-naproxen 恢复了部分细胞骨架相关基因的表达，T-5224 恢复了部分增殖抑制相关基因的表达；药物处理也减轻了肌动蛋白向管腔顶端聚集的现象。患者来源类器官中的检测进一步支持了这些下游变化。
研究还比较公开的人与小鼠肾脏数据，讨论 FOS 在不同肾单位节段中的分布。作者据此提出，节段特异性可能帮助解释物种间囊肿位置不同。
FOS 的节段分布与 PKHD1 下游机制仍待研究
作者提出，后续需要解释 FOS 为何在不同肾单位节段呈现不同分布，以及 PKHD1 如何调节相关下游基因。这些机制有助于理解 ARPKD 囊肿为何主要出现在远端肾单位。
临床转化还需评估用药安全性。作者特别提到，非甾体抗炎药的肾脏不良反应，以及新生儿使用相关候选药物时的安全性，都是后续研究需要处理的问题。