用多段肾单位类器官比较药物损伤
药物性肾损伤可能首先发生在特定肾单位区域。Brigham and Women’s Hospital、Harvard Medical School 等机构的研究者在 Frontiers in Cell and Developmental Biology 报道人多段肾类器官实验:同时观察近端小管、远端管段和足细胞,比较药物造成的损伤能否被分辨到具体区域。
研究采用人胚胎干细胞和健康供者诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC)生成肾类器官。类器官中的近端小管表达有机阴离子转运体 OAT1、OAT3 和有机阳离子转运体 OCT2,而对照近端小管细胞系 HKC-8 的 OAT1/3 表达较弱或缺失。研究者用 LTL 标记近端小管、PODXL 标记足细胞,并以 KIM1 和 γH2AX 分别观察管损伤与 DNA 损伤。
这套模型并不把类器官视作完整肾脏。研究的价值在于同一实验对象内保留多个可辨认管段,使不同药物造成的局部反应可以并列观察。
替诺福韦和顺铂体现不同的转运途径
替诺福韦处理后,LTL 阳性的近端小管细胞出现 KIM1 和 γH2AX 增加。与 OAT 抑制剂丙磺舒共同处理时,两项阳性比例均下降:KIM1 阳性细胞中位数由 31.3% 降至 10.3%,γH2AX 阳性中位数由 12.6% 降至 7.1%。这一对照支持 OAT 相关摄取参与该模型中的药物损伤。
另一组实验使用顺铂。5 μM 顺铂处理 24 小时后,近端小管 KIM1 阳性比例中位数由对照的 3.1% 增至 20.0%;与 OCT2 抑制剂西咪替丁共同处理时降至 11.1%。γH2AX 阳性比例也从顺铂组的 18.6% 降至共同处理组的 10.0%。这些数值描述类器官中的细胞比例,与患者肾损伤发生率是不同指标。
较低顺铂浓度下,DNA 损伤主要见于近端小管;提高浓度后,足细胞也出现损伤信号。研究还用嘌呤霉素氨基核苷作为足细胞损伤参照,显示模型能够区分小管与肾小球侧的反应。
实时 ATP/ADP 读数加入时间维度
为了观察损伤发生过程,团队建立表达 Perceval HR 传感器的肾类器官。它通过两种荧光激发条件下的信号计算细胞内 ATP/ADP 比值,从而连续记录细胞能量状态。研究者先用低糖培养验证传感器的响应,再对顺铂处理后的类器官进行活细胞成像。
原文图 7 显示,顺铂处理后 ATP/ADP 比值随观察时间下降;这一变化既见于二维类器官,也见于 384 孔板培养的三维类器官。图中还设置了马兜铃酸毒性参照。实时读数补充了固定样本染色只能提供单时点结果的不足。
研究者随后把活细胞信号与固定样本的肾单位标志物对齐。5 μM 顺铂下,ATP/ADP 比值下降主要出现在 LTL 阳性小管;足细胞和 CDH1 阳性区域未见同样下降。50 μM 顺铂则使三类区域的比值都下降。这个浓度差别与 KIM1、γH2AX 染色所见相互印证。

窄屏可横向滑动查看完整图表。
方法的用途与实际边界
这项研究把药物转运体、区域性损伤标志和实时 ATP/ADP 成像放在同一类器官体系中。它能帮助研究者判断某种药物造成的读数变化发生在哪个肾单位区域,以及这种变化如何随时间发展。
目前证据来自有限药物及体外模型。Perceval HR 读数展示了顺铂作用下的区域和时间差异,尚未建立对人体肾毒性风险的独立预测性能。后续若用于更广泛的药物筛选,还需要扩大药物集,并检验不同细胞来源和培养批次的可重复性。