韩国KiGEP算法：为肾脏类器官肾毒性“打分”
来源:华津生物微信公众号
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作者:华津生物
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发布时间 :2026-08-10
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KRIBB团队开发KiGEP定量评估系统，基于86个肾脏特异性高表达基因面板及曼哈顿距离算法，在“未分化干细胞”与“成人肾脏”间构建分子参照系，将类器官与人体肾脏相似性量化为0-100%连续评分。GTEx验证显示成人肾脏>95%，其他组织
近日，韩国生物科学与生物技术研究院（KRIBB）Hyun-Soo Cho教授团队在 Experimental & Molecular Medicine（IF = 12.9）在线发表题为《KiGEP: a quantitative algorithm for calculating human kidney similarity and nephrotoxicity in human kidney organoids》的研究论文。该研究针对当前肾脏类器官研究中缺乏标准化、定量化评估工具的方法学瓶颈，开发了一套名为KiGEP的转录组评估系统，旨在实现对类器官与人体肾脏相似性的精准量化，并在此基础上对药物肾毒性进行定量评估。该系统包含一个由86个肾脏特异性高表达基因组成的基因面板，并基于曼哈顿距离构建了定量评分算法。
该算法的核心逻辑在于，通过计算待测样本在86个特征基因构成的“分子空间”中与“未分化干细胞”及“成人肾脏”两个参考基准点之间的相对距离，将肾脏相似性量化为0%至100%的连续分数。研究团队利用GTEx数据库中21种人体组织的转录组数据对该系统进行了系统验证，结果显示成人肾脏组织评分接近100%，而其他器官评分均低于40%，证实了该系统的高度组织特异性。此外，该评分能够灵敏反映肾脏发育成熟度：在人类肾脏发育过程中，评分从胚胎7周时的约45%逐步上升至幼儿期的100%；本研究中制备的干细胞来源肾脏类器官在第30天时评分约为65%，与人类胚胎约8周时的发育阶段高度吻合。
图3. 成体干细胞来源的肾脏类器官的KiGEP分析
图4. 人多能干细胞来源的肾脏类器官的KiGEP分析
该工具最核心的应用价值体现在对药物肾毒性的定量评估上。实验表明，以已知肾毒性药物（如顺铂和多柔比星）处理类器官后，KiGEP评分由约55%显著下降至28%–34%，评分下降幅度直接定量反映了药物所致肾损伤程度（约38%–51%）。相比之下，非肾毒性药物（如卡托普利）处理并未引起评分下降，进一步验证了该系统的高特异性。更重要的是，当联合使用肾保护剂（西咪替丁）时，受损评分得到部分恢复，提示KiGEP不仅可检测肾毒性损伤，还可量化保护性干预的效应。
图5. 基于KiGEP的肾脏类器官药物诱导反应定量评估
该研究也存在一定的局限性。首先，当前方法依赖于成本较高的批量RNA测序，限制了其在高通量筛选和常规质控中的广泛应用，后续研究计划开发基于实时荧光定量PCR（qRT PCR）的简化版本，通过筛选核心基因子集及优化评分算法，以实现更快速、经济且易推广的评估体系。其次，KiGEP面板中的86个基因主要富集于肾小管上皮细胞相关功能，因此该评分对靶向肾小管的毒性反应最为敏感，而对涉及血管或免疫机制的损伤反映能力有限，后续将在现有面板基础上逐步整合血管内皮、免疫细胞等相关基因模块，以更全面覆盖肾脏损伤的多细胞机制，提升其在复杂肾毒性场景中的适用性。
总体而言，KiGEP当前可作为专注于“上皮结构与功能完整性”的定量标尺，随着后续技术优化与面板扩展，其有望在药物早期肾毒性筛查及类器官标准化生产中发挥更为广泛和精准的支撑作用。
参考文献：
Lee, Sugi et al. “KiGEP: a quantitative algorithm for calculating human kidney similarity and nephrotoxicity in human kidney organoids.” Experimental & molecular medicine, 10.1038/s12276-026-01785-1. 3 Aug. 2026, doi:10.1038/s12276-026-01785-1
