慢性肾脏病全球负担沉重，器官供体短缺使替代治疗策略的研发日益紧迫。干细胞技术的发展已能构建具备肾脏关键结构的类器官，为疾病建模和药物筛选提供了新平台，但这些类器官普遍存在组织结构不成熟、血管化不足等问题，限制了其向再生医学的转化。

近日，河南大学第一附属医院泌尿外科李晓东教授等团队在《Cell Proliferation》发表题为“Bridging Kidney Organoid Innovation and Regenerative Medicine: Current Advances and Future Directions”的综述，系统梳理了肾脏类器官的分化方法，以及调控谱系特化的信号通路和表观遗传机制，同时探讨了生物工程策略和单细胞转录组学在评估和促进类器官成熟方面的应用，以期更系统、更严格地评估和改善肾脏类器官的结构与功能成熟度。

肾脏类器官是由多能干细胞或成体干细胞在体外构建的三维系统，可重现肾脏的关键结构与功能特征，已应用于疾病建模、药物筛选和再生医学研究。

其兴起源于临床需求与发育生物学的共同推动：全球慢性肾脏病负担沉重，透析和移植存在明显局限；而对哺乳动物肾脏发育机制的深入认识，则为体外模拟提供了直接指引——后肾的形成由输尿管芽和生后肾间充质两个祖细胞谱系的交互作用驱动，二者分别源自前部和后部中胚层间介，内皮祖细胞则参与后续的血管化与功能成熟。

输尿管芽类器官的定向分化方案出现较晚，其核心在于通过精确控制Wnt激动剂暴露窗口获取前部中胚层间介，该窗口短于后部中胚层间介的诱导时间，随后利用BMP抑制剂、视黄酸和胶质细胞源性神经营养因子的阶段特异性组合，成功生成了具分支能力的输尿管芽类器官。

后续研究进一步提升了出芽与分支能力，Zeng et al建立了可体外扩增并分化为功能更成熟的集合管样类器官的培养系统，Shi et al则优化方案获得了含超过95%真正集合管细胞类型的类器官。

与此同时，肾单位祖细胞的高效获取和长期扩增成为另一重点，Li et al开发的hNPSR-v2系统实现了诱导性肾单位祖细胞的持续扩增并在多囊肾病模型中验证了其药物筛选价值，Osafune et al建立的CFY悬浮培养系统有效维持了传代过程中的分化潜能，移植后可减轻小鼠肾损伤并延缓肾脏衰老。但基于肾单位祖细胞的类器官仍缺乏完整排泄通路，整体成熟度有限。

肾脏类器官的体外构建本质上是对胚胎发育调控网络的重现，分子信号与表观遗传协同决定谱系分化的方向与效率。

在分子信号层面，构建围绕三个节点展开：诱导多能干细胞向中胚层分化、沿前后轴形成前部和后部中胚层间介、分别衍生出输尿管芽和肾单位类器官。中胚层间介特化由Wnt和BMP4驱动，Wnt信号持续时间影响前后命运；后部中胚层间介向生后肾间充质分化依赖FGF9维持祖细胞增殖，短暂Wnt信号则催化间充质-上皮转化。

Lindström et al发现Wnt激活与BMP抑制的组合是建立近端-远端轴的关键节点。输尿管芽诱导依赖视黄酸和BMP抑制剂，分支形态发生需激活Wnt、FGF和Ret等信号。

在表观遗传层面，DNA甲基转移酶1对肾单位上皮发育不可或缺，全基因组低甲基化会破坏Wt1-Wnt4轴阻碍肾单位形成；未分化祖细胞由HDAC1/2、EZH2和G9a维持转录待发状态，Wnt/β-catenin激活后通过染色质重塑启动分化程序，HDAC1/2和microRNAs也调控输尿管芽分支形态发生。

当前肾脏类器官的结构完整性和功能成熟度仍不足，生物工程策略与单细胞及多组学分析正推动其从结构重现迈向功能重建。

生物工程方面，可调刚度的自组装肽水凝胶能增强足细胞成熟并减少脱靶细胞，粘弹性水凝胶和脱细胞基质可提升结构复杂性并支持血管形成；3D生物打印实现了多细胞类型空间控制，所生成类器官近端小管功能增强、肾小球结构增多；微流控芯片通过流体剪切力上调VEGF，促进内皮网络形成和小管上皮成熟。

应用层面，患者来源的肾细胞癌类器官可预测药物敏感性，“近端小管芯片”在药物转运和肾毒性测试中表现优异；3D生物打印类器官理论上可作为肾单位补片，祖细胞衍生分子在急性肾损伤模型中展现无细胞治疗潜力。

评估体系方面，单细胞RNA测序已成为鉴定细胞类型、检测脱靶群体和评估分化保真度的核心工具，已揭示不同方案中普遍存在非肾细胞，通过与胎儿肾脏单细胞图谱比对可精确判断细胞类型缺失。

多组学方法进一步拓展了评估维度，空间转录组学已揭示肾脏器官发生中40个迁移相关细胞通讯事件，纤维化模型分析提示EZH2抑制可减弱TGF-β1诱导的纤维化改变。这些高分辨率手段与生物工程平台结合，为剖析异质性来源和指导成熟度优化提供了定量基础。

在分化方案、生物工程和单细胞组学进步的推动下，肾脏类器官正从概念模型向实际应用过渡，如碱基编辑的多囊肾病模型已用于药物筛选并鉴定出候选药物，体外常温灌注系统已实现类器官递送至猪肾脏进行体内评估。但血管化和功能成熟仍是移植应用的核心挑战：类器官缺乏稳定毛细血管网络，限制了营养供应和滤过屏障形成。

近期Przepiorski et al和Little et al通过在内置生物反应器中重建内源性血管生态位，获得了具有整合内皮网络的类器官；McCracken et al首次实现了肾单位正确极化并与集合管样结构连接，但输尿管芽上皮生长模式仍较随机。

未来，与更先进的生物工程技术整合将有助于解析发育分子事件并模拟适当微环境。此外，人工智能在解析多组学数据和加速药物发现方面潜力显著，其与自动化平台的结合有望解决标准化难题，提升肾脏类器官在临床前研究、药物筛选和治疗应用中的转化价值。

肾脏类器官技术正在重新定义肾脏疾病研究和临床治疗的格局。                通过体外重现关键的发育线索，肾脏类器官在疾病建模、药物筛选、肾毒性评估以及阐明人类肾脏发育方面展现了显著潜力，最终将推动个性化和精准医疗的进步。然而，结构成熟度有限、功能胜任力不足、血管化缺乏以及批次间变异性等重大挑战依然存在。正如本综述所讨论的，新兴的生物工程策略、多组学技术的整合，以及人工智能和自动化制造平台的引入，为解决这些障碍提供了有希望的途径。                可以预见，在理解肾脏发育以及完善分化和工程方法学方面的持续进展，将产生更成熟、更稳健且功能整合的肾脏类器官，促进其从实验室到临床的转化，使基于类器官的肾脏替代和精准疗法更接近临床现实。