韩国研究团队成功培育功能增强型肾近端小管细胞，可用于药物测试、疾病建模与再生修复
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 :2026-09-09
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韩国团队通过HSPG/VEGF协同促血管化及TGF-β通路抑制防止EMT，从iPSC肾脏类器官衍生出FEKOPTCs。该细胞表达成人近端小管特征性转运蛋白（OAT1/OCT2/MDR1），TEER值显著优于原代细胞，转录组接近成人肾脏。FEKOPTCs集成于微流控芯片后，在远低于传统模型的顺铂浓度下即可检出NGAL/KIM-1升高，实现高灵敏肾毒性预警；CRISPR-Cas9构建GLA缺陷FEKOPTCs成功再现法布里病Gb3堆积/线粒体功能障碍，酶替代治疗可逆转；体内移植后FEKOPTCs在肾实质内自组装为AQP1⁺管腔结构并招募宿主血管。该平台为药物肾毒性检测、遗传肾病建模及再生修复提供了功能成熟的一体化工具。
近日，韩国加图立大学Yong Kyun Kim教授团队在《Experimental & Molecular Medicine》（IF: 17.5）在线发表题为“Generation of the functionally enhanced proximal tubular cells from human iPSC-derived kidney organoids”的研究。该研究成功开发出一种名为FEKOPTCs（functionally enhanced kidney organoid-derived proximal tubule cells，功能增强型肾脏类器官来源的近端小管细胞）的新型细胞，它由人类诱导多能干细胞定向培育而来，在功能成熟度上显著超越了现有的肾近端小管细胞模型。
图1. 由人诱导多能干细胞分化为血管化及成熟肾脏类器官。
研究首先直面领域内的一大瓶颈：由干细胞培育出的肾脏类器官虽形态初具，但细胞往往停留在幼稚阶段，且缺乏完善的血管网络，严重制约了其应用价值。为解决此问题，团队聚焦于肾脏细胞外基质中的两种关键组分——硫酸乙酰肝素蛋白聚糖（HSPG）和血管内皮生长因子（VEGF）。他们发现，HSPG能像磁铁般富集VEGF并促其进入细胞内部，两者协同作用显著推动了类器官内部血管网络的构建与整体成熟。由此优化生成的类器官体积更大、血管化程度更高，为后续优质细胞的提取奠定了坚实根基。
图2. 成熟肾脏类器官来源的近端小管细胞（mKOPTCs）功能与成熟度的增强。
基于这一优化平台，研究者进一步从类器官中分离出近端小管细胞，并建立了一套精细的培养传代方案。他们将这些细胞培养于包被HSPG和层粘连蛋白的培养板上，同时引入TGF-β信号通路抑制剂，有效阻止了细胞在传代中发生上皮-间质转化，避免了功能丢失。连续传至第五代后，获得了功能全面提升的FEKOPTCs。该类细胞不仅增殖旺盛，功能性转运蛋白和上皮标志物的表达也大幅上调，能够形成极性鲜明、连接紧密的细胞单层。其跨上皮电阻值远高于传统原代肾细胞，意味着具备了更强的物理屏障功能，高度还原了人体近端小管的生理特性。转录组测序结果亦从分子层面证实，FEKOPTCs的基因表达谱与成人肾脏天然近端小管细胞高度契合，充分佐证了其成熟状态。
图3. 从成熟肾脏类器官来源的近端小管细胞（mKOPTCs）衍生出功能增强型肾脏类器官来源的近端小管细胞（FEKOPTCs）的过程。
图4. FEKOPTCs与RPTECs在形态、基因表达及功能上的比较。
图5. FEKOPTCs的转录组学特征揭示其与成人天然肾脏近端小管细胞的高度相似性。
在应用层面，研究验证了FEKOPTCs在三项关键领域中的实际价值。
在药物肾毒性测试中，研究者将FEKOPTCs集成于微流控芯片之上，构建出“芯片上的肾脏”。在动态流体培养环境下，该类细胞的极性进一步增强。当暴露于抗肿瘤药物顺铂时，FEKOPTCs芯片在远低于传统模型所用浓度下，即能检出乳酸脱氢酶释放以及NGAL、KIM-1等肾损伤早期标志物的显著升高，显示出更灵敏的药物毒性预警能力。
在疾病建模方面，团队利用CRISPR-Cas9基因编辑技术构建了GLA基因缺陷的FEKOPTCs，用于模拟法布里病——一种遗传性溶酶体贮积症。这些突变细胞成功再现了该病的关键病理表型，包括脂质Gb3异常堆积、线粒体功能紊乱及氧化应激增强。而给予临床一线酶替代疗法后，上述病变得到有效逆转，充分验证了这一模型在发病机制探索与新药筛选中的实用价值。
图7. 利用CRISPR-Cas9基因编辑技术通过FEKOPTCs构建法布里肾病模型。
在再生医学探索中，研究者将FEKOPTCs直接移植入免疫缺陷小鼠的肾脏实质。令人振奋的是，移植细胞能够在宿主肾脏内自行重新组装，形成具有完整管腔且表达水通道蛋白AQP1等关键功能标志物的近端小管样结构，同时成功吸引宿主血管长入，为肾损伤后的功能修复展现了极具前景的再生潜能。
图8. FEKOPTCs移植至NOD-SCID小鼠肾脏实质。
总而言之，FEKOPTCs的成功构建有效突破了类器官来源细胞功能幼稚、扩增困难及不易保存等技术瓶颈。该类细胞不仅功能表型接近成人肾脏细胞，且可连续传代并冻存而不丧失细胞特征，为药物安全性评价、遗传性肾病机制研究及未来细胞再生治疗策略的开发，提供了一款可靠且实用的新型工具。
参考文献：
Kim S, Nam SA, Kim JW, Yi J, Woo JJ, Lee M, Lee J, Kim TH, Kim H, Kim HW, Park J, Kim YK. Generation of the functionally enhanced proximal tubular cells from human iPSC-derived kidney organoids. Exp Mol Med. 2026 Sep 3. doi: 10.1038/s12276-026-01821-0. Epub ahead of print. PMID: 42693236.
