使用人诱导多能干细胞来源肾类器官分析高糖损伤

Analysis of high glucose injury using human induced pluripotent stem cell-derived kidney organoids.

作者信息Zuping Qian, Die Yang, Yongli Li, Rong Dong, Jingjing Da, Yong Chen, Yan Zha
PMID41507800
发布时间2026-01-08
DOI10.1186/s12882-025-04566-6

实验完整度

研究包含体外肾类器官模型,并进行了基因表达、蛋白表达、形态学、凋亡和纤维化等多层次检测,但缺乏动物模型或患者样本等独立证据层级,功能验证主要局限于体外实验。

主要模型

人诱导多能干细胞来源的肾类器官

重点核对

高糖干预浓度:75 mM葡萄糖 干预时间:24小时和72小时 对照处理:75 mM甘露醇 肾类器官分化时长:24天 实验重复:qPCR每组n=3,免疫荧光和TUNEL每组n=4

摘要

背景:糖尿病肾病(DKD)是全世界糖尿病最常见的并发症之一。然而,由于模型的局限性,DKD的发病机制仍知之甚少。人多能干细胞(hPSC)来源的肾类器官可能为解决问题提供新的可能性。方法:我们通过葡萄糖干预24小时和72小时,产生人多能干细胞(hPSCs)来源的肾类器官来模拟DKD损伤。采用RT-qPCR评估基因表达,免疫荧光评估蛋白表达。PAS染色用于检查类器官形态,天狼星红染色用于评估纤维化。结果:首先,qPCR结果显示,葡萄糖干预后,糖脂代谢相关基因如LDH、HK2、SGLT2、PLIN2、PPARA、PGC1A和HSL的mRNA表达上调。其次,qPCR和免疫荧光染色结果显示,促炎细胞因子IL6、IL1B、TNFA、VCAM1和IL-10的表达增加,这表明肾类器官在高糖环境中具有炎症反应。第三,肾损伤标志物KIM1在葡萄糖干预后上调,TUNEL实验证实肾类器官中凋亡细胞增加。最后,qPCR和免疫荧光染色结果显示,纤维化相关分子TGF-β1和COL4的表达增加。结论:总之,糖尿病肾病类器官模型为研究DKD的发生、进展和损伤提供了有价值的模型。临床试验编号:不适用。

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
高糖环境对人诱导多能干细胞来源的肾类器官损伤的影响及其病理特征。
核心机制
高糖干预诱导肾类器官中糖脂代谢相关基因表达上调,促炎细胞因子和抗炎细胞因子表达改变,肾损伤标志物KIM-1表达升高并伴随细胞凋亡,以及纤维化相关分子表达增加。
主要证据
RT-qPCR显示LDH、HK2、SGLT2、PLIN2、PPARA、PGC1A、HSL等代谢基因表达上调;免疫荧光显示IL-6、IL-1β、TGF-β1、COL4蛋白表达增加;TUNEL染色显示凋亡细胞增多;天狼星红染色显示纤维化增加。
研究意义
该研究提供了一种可用于研究DKD发生、进展和损伤的模型,可能为未来DKD机制研究和药物筛选提供平台。

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

肾类器官的生成与鉴定

建立并验证具有肾单位结构的肾类器官模型

使用人诱导多能干细胞(hPSCs)分化生成肾类器官,并通过RT-qPCR和免疫荧光检测肾单位各节段标志物(如NPHS1、AQP1、JAG1、CDH1、PDGFRB、CD31等)确认其分化成熟。

2

高糖干预

模拟糖尿病肾病高糖环境

将分化成熟的肾类器官随机分为高糖组和对照组,分别用含75 mM葡萄糖或75 mM甘露醇的Advanced RPMI 1640培养基培养24小时和72小时。

3

糖脂代谢检测

评估高糖干预对肾类器官糖脂代谢的影响

通过RT-qPCR检测糖代谢(HK2、LDH、SGLT2)和脂代谢相关基因(PLIN2、PPARA、PGC1A、HSL)的mRNA表达;免疫荧光检测ADRP和SGLT2蛋白表达。

4

炎症反应检测

评估高糖干预对肾类器官炎症因子的影响

通过RT-qPCR和免疫荧光检测促炎因子(IL-6、IL-1β、TNF-α、VCAM-1)和抗炎因子IL-10的表达。

5

肾损伤与凋亡检测

评估高糖干预对肾类器官损伤和凋亡的影响

通过RT-qPCR和免疫荧光检测肾损伤标志物KIM-1的表达,TUNEL染色评估细胞凋亡,同时检测凋亡相关基因(BAD、BAK、BAX、Caspase3、CDK4、FAS)的mRNA表达。

6

纤维化检测

评估高糖干预对肾类器官纤维化的影响

通过天狼星红染色评估纤维化程度,RT-qPCR和免疫荧光检测纤维化相关分子(TGFB1、CTGF、COL1、COL4、vimentin、fibronectin)的表达。

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。

验证样本或模型特征
验证分子表达变化
评估体内效果
数据分析与统计

产品清单

实验环节名称品牌货号
mTeSR培养基Stemcell85851, 85852
基质胶Corning3516
Y-27632MedChemExpressHY-10583
AccutaseGibcoA11105-01
肾类器官分化试剂盒FuyuanbioRC200134
Advanced RPMI 1640培养基ThermoFisher12633-012
葡萄糖MedChemExpress15023021
甘露醇MedChemExpress15023021
Trizol试剂Invitrogen15596026CN
氯仿替代物MagenC496
异丙醇Jinan Leder Chemical Co., Ltd.--
无核酶水SolarbioR1600
RevertAid第一链cDNA合成试剂盒Thermo ScientificK1622
Talent qPCR预混液TIANGENFP209-02
OCT包埋剂----
一步法TUNEL原位凋亡检测试剂盒ElabscienceE-CK-321D
PAS糖原染色试剂盒SolarbioG1281
改良天狼星红染色试剂盒SolarbioG1472
OCT4抗体Invitrogen53-51-4852
T(Brachyury)抗体Cell Signaling81694 S
SALL1抗体InvitrogenPA62057
SIX2抗体Cell Signaling18596 S
KDR (VEGF受体2)抗体Cell Signaling2479 S
Nephrin抗体InvitrogenPA5-109310
AQP1抗体InvitrogenMA5-25401
PDGFR-β抗体Hangzhou Huaan BiotechnologySY10-08
CDH1抗体Invitrogen14-3249-82
CD31抗体abcamAb9498
IL-6抗体AffinityDF6087
IL-1β抗体AffinityAF5103
TGF-β1抗体BOSTERMA00019
Vimentin抗体InvitrogenPA27231
COL4抗体Invitrogen14-9871-80
KIM-1抗体InvitrogenPA5-79345
ADRP抗体Proteintech15294-1AP
IL-10抗体ImmunowayYM8444
TNF-α抗体ImmunowayYM8306
Fibronectin抗体ImmunowayYM8309
WT1抗体InvitrogenMA5-3225
山羊抗兔IgG (H+L)高交叉吸附二抗,Alexa Fluor™ Plus 488InvitrogenA32731
驴抗小鼠IgG (H+L)高交叉吸附二抗,Alexa Fluor™ Plus 555InvitrogenA32773
驴抗山羊IgG (H+L)交叉吸附二抗,Alexa Fluor™ 488InvitrogenA11055
蔡司LSM800共聚焦显微镜ZeissLSM800
ImageJ软件----

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
肾类器官分化
分化时间、分化试剂盒(Fuyuanbio RC200134)、初始细胞密度(15,000-24,000 cells/cm²)、培养基(mTeSR/TeSR)、Y-27632浓度(10 µM)
阅读提示:Methods: Differentiation of kidney organoids
高糖干预
葡萄糖浓度(75 mM)、甘露醇浓度(75 mM)、干预时间(24小时和72小时)、培养基(Advanced RPMI 1640)
阅读提示:Methods: High glucose interferes with kidney organoids
qPCR检测
内参基因(GAPDH)、分析方法(ΔΔCt)、样本重复数(3次技术重复)、引物序列(Table 1)
阅读提示:Methods: Real time-quantitative poly chain reaction (RT-qPCR), Table 1
免疫荧光检测
一抗稀释比例(按说明书)、二抗类型、固定液(4%多聚甲醛)、封片剂(OCT)、核染色(Hoechst)、显微镜(Zeiss LSM800)
阅读提示:Methods: Immunofluorescence, Table 2
TUNEL凋亡检测
试剂盒(Elabscience E-CK-321D)、荧光显微镜配置
阅读提示:Methods: TUNEL dyeing