引言

常染色体显性多囊肾病（ADPKD） 是最常见的遗传性肾病，全球超1200万患者，但现有唯一获批药物托伐普坦疗效有限且副作用明显。来自新西兰奥克兰大学的研究团队，利用人诱导多能干细胞（hiPSC）构建了可大规模悬浮培养的输尿管芽（UB）类器官，并在此基础上建立了PKD2缺陷型囊肿模型。该模型囊肿形成效率高达95%，且能自发成囊，完美模拟了ADPKD的囊肿病理特征。通过小分子化合物库筛选，研究首次发现TLR4信号通路是ADPKD囊肿形成的关键介导者，其抑制剂TAK-242能显著减小囊肿尺寸。该研究发表于《Kidney International》，题为 Large-scale organoid-derived cyst cultures as a drug discovery platform for polycystic kidney disease，为ADPKD药物发现提供了高效、可扩展的新平台。

首先，研究团队将hiPSC来源的肾单位类器官（第12天）解离为单细胞，在超低吸附板中采用无血清输尿管上皮（UE）培养基进行悬浮培养，成功诱导出UB类器官。这些类器官表现出输尿管芽特异性标志物（如AQP2、WNT9B、KRT8）的表达，并具有管状延伸结构。单细胞RNA测序分析显示，UB类器官包含11个细胞簇，其中5个为UB细胞簇，表达输尿管尖端、皮质和髓质输尿管上皮标志物，与人胎儿肾脏UB组织高度相似。

图1. 成功建立了可大规模生产、具有人胎儿UB组织特征的UB类器官培养体系。

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随后，研究团队将PKD2基因突变引入hiPSC，并诱导为UB类器官。与野生型相比，PKD2缺陷型UB类器官在培养第5天即开始自发形成囊肿，第25天囊肿形成效率达95%，囊肿平均直径达222μm。囊肿上皮为单层、增殖活跃，表达CDH1、PAX2、RET、SOX9等UB标志物，且纤毛朝向培养基方向（顶端外翻），与体内囊肿方向相反。此外，ADPKD相关致病基因（如YAP1、JAK-STAT、NF-κB信号通路及纤维化相关基因）在囊肿中显著上调。

接下来，研究团队将囊肿模型应用于药物筛选。首先验证了NF-κB抑制剂QNZ和BET溴结构域抑制剂JQ1的囊肿抑制效果，发现两者均能显著减少囊肿数量和大小，但QNZ在较低浓度下即表现出毒性。值得注意的是，托伐普坦对囊肿无显著效果，这与UB类器官中AVPR2（血管加压素V2受体） 表达极低有关，解释了既往类器官模型中托伐普坦无效的原因。

图2. PKD2缺陷型UB类器官的高效成囊及药物测试平台。

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接着，研究团队利用305个营养样小分子化合物库进行高通量筛选，鉴定出化合物M1（棕榈酸-葡萄糖胺-甘氨酸偶联物），其在0.5μM浓度下即可显著抑制囊肿大小和数量。M1的结构与N-棕榈酰-D-葡萄糖胺相似，后者是TLR4的天然拮抗剂。进一步实验证实，M1能显著抑制LPS诱导的TLR4激活。

进一步，研究团队验证了TLR4信号通路在ADPKD中的作用。发现TLR4在囊肿类器官中显著上调，其内源性配体（HMGB1、FN1、BGN）也同步上调。使用TLR4抑制剂TAK-242处理后，囊肿数量和大小呈剂量依赖性减少，且无毒性。相反，LPS激活TLR4后囊肿尺寸显著增大，而TAK-242可逆转这一效应。

图3. 通过化合物库筛选，发现TLR4拮抗剂M1具有囊肿抑制效果。

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最后，研究团队在讨论中指出，TLR4信号通路在ADPKD中可能通过促进上皮-间质转化、细胞增殖或代谢重编程来驱动囊肿扩张。由于TAK-242已在脓毒症临床试验中验证安全性，其与托伐普坦联合使用可能同时抑制液体分泌和炎症微环境，为ADPKD患者提供更优治疗方案。

本研究通过人源肾脏类器官技术，成功构建了可大规模悬浮培养的UB类器官，并在此基础上建立了PKD2缺陷型囊肿模型，囊肿形成效率高达95%，完美模拟了ADPKD的病理特征。通过小分子化合物库筛选，首次发现TLR4信号通路是ADPKD囊肿形成的关键介导者，其抑制剂TAK-242能显著减小囊肿尺寸。该研究不仅提供了一种高效、可扩展的ADPKD药物发现平台，更揭示了TLR4信号通路作为ADPKD治疗新靶点的临床转化价值。 未来，TAK-242与托伐普坦的联合治疗策略有望为ADPKD患者带来更有效的治疗选择。