德国团队利用TGF-β1诱导人iPSC肾类器官纤维化，成功复现肾小管萎缩、肾小球硬化和间质纤维化等核心病理特征。全转录组分析揭示JAK/STAT通路关键驱动作用，首次鉴定PIM1激酶为肾纤维化功能性介质——PIM1在纤维化近端小管特异性上调，且在CKD患者肾活检中位列上调基因前3%。小分子抑制剂AZD1208可显著减少α-SMA⁺肌成纤维细胞并下调ACTA2/COL1A1表达。该模型为抗纤维化药物筛选和机制研究提供了人源化平台。
慢性肾脏病影响全球约13.4%的人口，其进展至终末期的共同通路是肾脏纤维化。作为核心驱动因子，TGF-β1因参与免疫调节等多种生理过程而难以直接靶向，寻找其下游非经典介质因此成为研究热点。然而，这一探索始终面临一个关键瓶颈：传统的二维细胞培养无法还原肾脏的复杂组织结构与多细胞互作，动物模型又难以兼顾人类一致性与高通量筛选的需求。
对此，德国明斯特大学医院Markus C. Doeser教授团队在Stem Cell Research & Therapy发表题为"Induction of fibrosis in human kidney organoids delineates mechanisms and therapeutic targets of fibrotic kidney disease"的研究，利用人诱导多功能干细胞（iPSC）衍生的肾脏类器官，通过TGF-β1诱导，成功构建了重现肾小管萎缩、肾小球硬化和间质纤维化等特征的体外纤维化模型。在此基础上，结合全转录组分析，研究团队从JAK-STAT通路中首次鉴定出PIM1是肾纤维化的新型功能介质，并利用小分子AZD1208进行了验证，证实抑制PIM1可有效减轻纤维化进展。该研究为解析肾纤维化分子机制提供了更接近人体情况的实验平台，并提出了PIM1这一新的潜在治疗靶点。
为构建兼具组织复杂性与高通量筛选能力的肾纤维化模型，研究团队首先利用人iPSC定向分化生成肾脏类器官。该类器官包含PODXL⁺足细胞、LTL⁺近端小管和CDH1⁺远端小管，足细胞形成裂孔隔膜样结构，小管出现节段化并形成管腔，基质区由PDGFRα⁺间质成纤维细胞构成，从结构上较好地重现了人类肾脏的多谱系特征。（图1）
在此基础上，研究团队于肾脏类器官分化第21至26天加入TGF-β1，成功诱导类器官出现纤维化重塑。纤维化类器官中α-SMA⁺肌成纤维细胞扩增两倍以上，足细胞和肾小管等实质成分显著减少；分子层面，PODXL、NPHS1等上皮标志物下调，α-SMA、COL1A1、FN1等促纤维化基因上调，并伴有胶原沉积增加和成纤维细胞增殖。（图2）
图2. 利用TGF-β1构建肾脏类器官肾纤维化模型。
为解析纤维化的分子机制，研究团队对TGF-β1处理组和对照组的肾脏类器官进行了全转录组测序。主成分分析（PCA）显示，两组样本各自聚集、界限分明，表明纤维化诱导带来了稳定且可重复的全局转录改变；与对照组相比，纤维化类器官中共有1968个基因显著上调、1628个基因显著下调。基因集富集分析进一步揭示，上皮-间充质转化、炎症信号、细胞周期调控和代谢等多个已知与肾纤维化相关的通路均发生显著变化，提示该模型在分子通路层面与人类肾病高度一致。（图3）
在富集的炎症相关通路中，JAK/STAT信号通路最为突出，提示该通路在TGF-β1驱动的纤维化过程中被整体性显著激活。基于这一发现，研究团队对JAK/STAT通路进行了功能验证：在TGF-β1诱导纤维化的同时加入JAK1/JAK3抑制剂托法替尼。结果显示：免疫荧光分析中，α-SMA⁺肌成纤维细胞的数量和分布范围均明显减少；qRT-PCR检测证实，JAK/STAT通路下游效应分子STAT3的表达被有效抑制。上述结果从正向激活和反向阻断两个方向，在人源性肾脏类器官中直接证明了JAK/STAT信号通路在TGF-β介导纤维化中的关键驱动作用（图4）。
图4. 人肾脏类器官纤维化模型揭示JAK/STAT信号在TGF-β介导纤维化中的关键作用。
在JAK/STAT通路核心富集基因中，团队聚焦于功能未知的PIM1激酶。免疫荧光显示，PIM1特异性表达于纤维化类器官中结构受损的LTL⁺近端小管，而在远端小管和足细胞中不表达，提示其与近端小管损伤密切相关。Nephroseq数据库分析进一步显示，PIM1在CKD患者肾活检组织中位于上调基因前3%，证实其在人类肾病中确有显著高表达。为验证PIM1是否直接参与纤维化进程，团队使用选择性抑制剂AZD1208进行干预，发现α-SMA⁺肌成纤维细胞显著减少、管周区域尤为明显，LTL染色改善，促纤维化基因ACTA2和COL1A1的转录水平也随之下调，表明PIM1是驱动肾纤维化的功能性介质和潜在治疗靶点。（图5）
图5. PIM1作为肾纤维化潜在介质和治疗靶点的多角度验证。
本研究成功构建了基于TGF-β1诱导的人肾脏类器官纤维化模型，该模型能够重现肾小管萎缩、肾小球硬化和间质纤维化等人类纤维化肾病的核心病理特征。通过全转录组筛选，团队揭示了JAK/STAT信号通路在纤维化中的关键驱动作用，并首次鉴定出PIM1激酶作为肾纤维化的功能性介质和潜在治疗靶点，为抗纤维化药物研发提供了新的方向。
既往肾脏类器官疾病研究多局限于单一基因突变或肾毒性损伤，而本研究将纤维化作为一个独立的疾病实体进行系统表征，在组织病理和分子通路层面验证了该模型与人类肾病的高度一致性。类器官在纤维化重塑后仍保留足细胞、肾小管等存活实质细胞，提示TGF-β1诱导的变化具有肾脏特异性，而非泛化的成纤维细胞反应。当然，该模型也存在局限性：当前iPSC来源的肾脏类器官更接近妊娠中期的胎儿肾组织，尚未达到完全成熟的成体阶段；此外，类器官缺乏功能性血管系统、滤过能力和免疫细胞群体，无法捕捉系统性因素对纤维化的影响，主要适用于研究细胞自主性和TGF-β介导的促纤维化通路。未来研究可通过引入长期高糖、炎性细胞因子共刺激或与免疫细胞共培养等方式增加模型复杂度，以更贴近特定CKD实体。PIM1在AKI和纤维化之间的作用转换及其在不同肾细胞类型中的多重功能，也值得通过时间进程分析进一步阐明。
参考文献：
Doeser MC, Raimann J, Beuke M, Kilcan Z, Menke AF, Klinkhammer BM, Boor P, Schöler HR, Pavenstädt H. Induction of fibrosis in human kidney organoids delineates mechanisms and therapeutic targets of fibrotic kidney disease. Stem Cell Res Ther. 2026 Apr 26;17(1):167
