重复顺铂诱导细胞衰老和纤维化的人肾小管类器官模型用于药物筛选

A Human Kidney Tubuloid Model of Repeated Cisplatin-Induced Cellular Senescence and Fibrosis for Drug Screening.

作者信息Yuki Nakao, Makiko Mori, Yuta Sekiguchi, Iori Morita, Ryota Shindoh, Shintaro Mandai, Tamami Fujiki, Hiroaki Kikuchi, Fumiaki Ando, Koichiro Susa, Takayasu Mori, Ayumi Suzuki, Yuji Nashimoto, Hirokazu Kaji, Yuma Waseda, Soichiro Yoshida, Yasuhisa Fujii, Eisei Sohara, Shinichi Uchida, Kensuke Miyake, Yutaro Mori
PMID41069120
发布时间2026-02
DOI10.1002/adhm.202501795

实验完整度

包含体外细胞培养、类器官模型、多种分子检测、功能验证(纤维化实验)及RNA-seq分析,多个独立证据层级。

主要模型

人原代肾近端小管上皮细胞(hRPTEC) 肾小管类器官(Tubuloids) 人肺成纤维细胞(hLFs) 小鼠原代肾成纤维细胞(MPKFs)

重点核对

顺铂浓度:0.2, 2.0, 20.0 µg mL⁻¹处理类器官 重复处理次数:5次,间隔3次换液和1天培养 纤维化实验:使用条件培养基(CM)处理成纤维细胞48小时 RNA-seq分析:bulk RNA-seq反卷积,参考数据集GSE118184 统计分析:单因素方差分析,p < 0.05

摘要

在推进评估肾脏药物反应的病理生理学模型方面,来源于人多能干细胞(PSCs)的肾类器官标志着显著进展。然而,复制与衰老和老化相关的病理学仍然是一个挑战。本研究介绍了一种使用“肾小管类器官”(tubuloids)的替代模型——这些上皮样结构来源于从切除的人肾脏中分离的原代人肾近端肾小管上皮细胞(hRPTECs)。批量RNA测序反卷积证实,肾小管类器官高度分化,主要由近端肾小管样细胞组成。暴露于顺铂可增加γH2AX、肾损伤分子1(Kidney Injury Molecule-1)和Cleaved Caspase-3,它们分别是DNA损伤反应、上皮损伤和凋亡的标志物。重复给药顺铂导致衰老标志物的上调和炎症细胞因子的分泌,与衰老相关分泌表型(SASP)一致。来自顺铂处理过的肾小管类器官的上清液触发肌成纤维细胞活化,提示早期纤维化改变。我们成功开发了一个hRPTEC来源的肾小管类器官模型,用于顺铂诱导的肾损伤,该模型模拟了衰老、SASP和纤维化——这些是慢性肾脏疾病(CKD)的标志。该模型为研究肾上皮反应和药物筛选提供了一个有前景的、与人类相关的平台。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
本研究旨在开发一种能够复现顺铂诱导的肾损伤从急性到慢性进展的体外模型,特别是细胞衰老、SASP和纤维化等慢性肾脏病特征。
核心机制
顺铂通过OCT2介导的摄取进入近端肾小管上皮细胞,导致DNA损伤,激活DNA损伤反应,诱导细胞周期阻滞(G2/M期)和细胞衰老,衰老细胞分泌SASP因子(如IL-1β、IL-6),通过旁分泌作用激活成纤维细胞,促进纤维化。
主要证据
主要证据包括:肾小管类器官在顺铂处理后γH2AX、p16、p21、p53、SA-β-Gal等衰老标志物上调,Lamin B1下调;重复处理导致IL-1β和IL-6 mRNA表达显著上升(50-100倍);条件培养基可诱导成纤维细胞αSMA和胶原I型表达增加,并增强收缩和迁移。
研究意义
作者提出该肾小管类器官模型可作为研究慢性肾脏病的替代模型,并可能用于半个性化的药物毒性筛选和药物研发。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立肾小管类器官模型

从患者肾脏组织分离hRPTECs,通过3D培养生成高度分化的肾小管类器官,并验证其近端肾小管特性。

从切除肾脏的皮质组织中分离hRPTECs,用含EGF等生长因子的无血清培养基培养。将细胞接种到超低附着板,添加Matrigel和FBS、EGF、FGF2、HGF,培养1-2周形成类器官。通过免疫染色验证LRP2/Megalin和LTL的表达。提取RNA进行bulk RNA-seq,使用已发表的单细胞RNA-seq数据(GSE118184)进行反卷积分析,确定细胞类型组成。

2

顺铂急性毒性评估

检测肾小管类器官对顺铂的急性反应,包括DNA损伤、结构破坏、去分化、凋亡和EMT。

分别用0.2, 2.0, 20.0 µg/mL顺铂处理类器官,观察3D结构变化,通过免疫荧光和Western blot检测γH2AX、KIM-1、Cleaved Caspase-3、Vimentin等标志物,并通过流式细胞术定量表达。

3

重复顺铂处理诱导细胞衰老

模拟慢性肾损伤,通过重复低剂量顺铂处理诱导细胞衰老和SASP。

对类器官进行5次重复顺铂处理(0.2和2.0 µg/mL),每次处理后更换培养基去除药物,并培养1天。之后检测衰老标志物(SA-β-Gal、p16、p21、p53、Lamin B1)、细胞周期分析和炎症细胞因子表达(IL-1β、IL-6)。

4

评估纤维化效应(肌成纤维细胞活化)

验证衰老类器官分泌的因子是否能激活成纤维细胞,促进纤维化。

收集顺铂处理类器官的条件培养基(CM),将其应用于hLFs和MPKFs,通过免疫荧光检测αSMA和胶原I型表达,并通过胶原凝胶收缩实验和迁移实验评估功能效应。对照组包括未处理CM和直接顺铂处理。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM/F-12培养基Nacalai Tesque--
Advanced RPMI 1640培养基Thermo-Fisher Scientific--
基质胶Corning--
II型胶原酶Worthington Biochemical--
胎牛血清----
牛血清白蛋白Nacalai Tesque--
抗生素-抗真菌剂Thermo-Fisher Scientific--
氢化可的松Thermo-Fisher Scientific--
ITS液体培养基补充剂Sigma-Aldrich--
人重组表皮生长因子Thermo-Fisher Scientific--
成纤维细胞生长因子2----
肝细胞生长因子----
Sepasol-RNA I Super G试剂Nacalai Tesque--
Direct-zol RNA小提Plus试剂盒Zymo ResearchR2070
SMART-Seq mRNA HT LP试剂盒Takara BioZ4792N
Illumina NovaSeq X Plus系统Illumina--
ProLong Glass防淬灭封片剂(含NucBlue)Thermo-Fisher Scientific--
WesternBlue显色试剂Promega--
FxCycle紫染料Thermo-Fisher Scientific--
Thermal Cycler Dice实时荧光定量PCR仪Lite TP700Takara Bio--
TB绿预混Ex Taq IITakara Bio--
ReverTra Ace逆转录酶TOYOBO--
CytoSelect 24孔细胞收缩实验试剂盒Cell Biolabs--
CytoSelect 24孔细胞迁移实验试剂盒Cell Biolabs--
FilterMax F5酶标仪Molecular Devices--
Eclipse Ti2显微镜Nikon--
BD FACSLyric流式细胞仪BD Biosciences--
生物素化的LTLVector LabsB-1325-2
Alexa Fluor 633链霉亲和素Thermo-FisherS21375
兔抗ERK2抗体Cell Signaling Technology9102S
兔抗LRP2/Megalin抗体Abcamab236244
兔抗γH2AX抗体Cell Signaling Technology#9718
小鼠抗Na+/K+-ATPase抗体Sigma-Aldrich05-369
山羊抗KIM-1抗体R&D systemsAF1750
兔抗caspase-3抗体Cell Signaling Technology#9664
兔抗Vimentin抗体Proteintech10366-1-AP
兔抗p16-INK4A多克隆抗体Proteintech10883-1-AP
兔抗IL-1β多克隆抗体Biossbs-0812R
Cy3偶联兔抗αSMA抗体Sigma-AldrichC6198
兔抗I型胶原抗体Rockland600-406-103
小鼠抗p21抗体Santa Cruz Biotechnologysc-6247
兔抗Lamin B1多克隆抗体Proteintech12987-1-AP
兔抗p53多克隆抗体Proteintech10442-1-AP
兔抗KIM-1抗体Thermo-Fisher ScientificPA5-20244
兔抗Vimentin抗体Cell Signaling Technology#5741
DMEM培养基Nacalai Tesque--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
肾小管类器官生成
hRPTECs分离和培养条件:胶原酶消化浓度、培养基组成(生长因子)、基质胶用量。
阅读提示:Methods: Human Renal Tubuloid Culture和Cell Culture Experiment
顺铂处理(急性)
顺铂浓度(0.2, 2.0, 20.0 µg/mL)、处理时间和频次。
阅读提示:Results 2.2 和 Figure 2 图注
重复顺铂处理(衰老)
重复次数(5次)、每次处理后的换液和培养时间(3次换液,1天)、顺铂浓度(0.2和2.0 µg/mL)。
阅读提示:Methods: 未明确,但可从Figure 3A实验设计推断
纤维化生物测定
CM制备步骤(处理48h后换无血清DMEM,孵育48h)、成纤维细胞类型和密度、CM处理时间。
阅读提示:Methods: Fibrosis Bioassay