按基因表达比较类器官与人肾组织

肾类器官用于药物研究时,研究者需要比较不同细胞来源、培养阶段和处理条件下的模型特征。韩国生物科学与生物技术研究院(Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology,KRIBB)等机构的团队开发了 KiGEP,以肾脏特异基因的整体表达模式建立量化参照。论文发表于 Experimental & Molecular Medicine。

研究首先分析 GTEx 数据库中 21 种器官的 7,361 份样本,从中筛选具有肾脏特征的基因组合。评分反映样本在这组基因上的表达与肾组织参照的接近程度。团队还以 TCGA 中的 72 份正常肾组织进行检验,这些样本的平均评分超过 98%。

这套分析同时用于观察发育差异。研究者将胎儿至儿童阶段的肾脏数据纳入比较,发现评分随发育推进而升高,早期胎儿样本约为 44.9%,幼儿阶段达到参照水平。通过细胞组成推算,团队发现肾小管上皮细胞所占比例与评分变化相关,因此后续重点考察与上皮组织有关的模型和损伤。

成人组织与干细胞来源模型的比较

团队分别分析成人肾组织来源的类器官和人多能干细胞来源的肾类器官。前者保留了来源组织的部分肾脏表达特征,后者的评分则随着分化逐步升高。研究用同一套基因评分比较这 2 类模型与人肾组织的表达差异。

在人多能干细胞来源的模型中,第 14 天的评分约为 32%–35%,第 25 天约为 51%–56%,第 30 天约为 60%–65%。作为比较,未分化胚胎干细胞的评分约为 2%,中间中胚层阶段约为 21%–25%。这些结果呈现的是肾脏表达特征逐步形成的过程。

作者将正常肾组织设为评分参照,并强调模型评价需要与所关注的生物学特征相联系。KiGEP 的基因组合侧重肾脏上皮特征,血管和免疫组成未被纳入主要评分。因此,评分适合描述这部分表达特征及其变化,模型的其他组成和功能仍需要相应检测。

药物处理后的评分与组织损伤

研究者以卡托普利作为未引起明显损伤的药物对照。受测类器官处理前后的评分基本稳定,凋亡指标也没有明显升高。未处理组的评分约为 62.4%–64.4%,卡托普利处理组约为 62.9%–63.0%。

多柔比星和顺铂处理后,模型评分下降。多柔比星实验中,对照组约为 50.8%–54.9%,处理组约为 32.6%–42.3%;顺铂实验中,对照组约为 55.3%–57.5%,处理组约为 28.1%–39.0%。研究还结合凋亡和组织形态观察,分析表达变化与肾小管损伤之间的关系。

顺铂与西咪替丁共同处理时,评分部分恢复至约 46.6%–49.2%。西咪替丁在该实验中用于干预与药物摄取有关的转运过程。评分恢复与细胞死亡减少的结果相符。

多柔比星、顺铂及顺铂与西咪替丁共同处理后的细胞凋亡、KiGEP 评分和表达特征比较。
多柔比星、顺铂及顺铂与西咪替丁共同处理后的细胞凋亡、KiGEP 评分和表达特征比较。(Sugi Lee et al. / Experimental & Molecular Medicine, 2026, Fig. 6;CC BY 4.0)窄屏可横向滑动查看完整图表。

从转录组分析走向更便捷的检测

目前 KiGEP 依赖整体转录组数据。作者指出,RNA 测序的成本和分析时间会影响常规使用,因此提出进一步缩小基因组合,并探索以定量 PCR 等方式获得相关信息。这样的改进需要保留基因组合对肾脏特征和药物损伤的识别能力。

KiGEP 目前侧重肾脏上皮细胞的表达特征。作者提出,后续可加入血管和免疫相关基因,以扩大评价范围。

来源与延伸阅读

  1. KiGEP: a quantitative algorithm for calculating human kidney similarity and nephrotoxicity in human kidney organoids. Experimental & Molecular Medicine. 2026-08-03. doi:10.1038/s12276-026-01785-1. ↗