Stem Cell Research & Therapy｜TGF-β1诱导人肾类器官纤维化，PIM1成为候选干预靶点

转化生长因子β1（TGF-β1）是研究肾纤维化时常用的诱导因子，但它同时参与多种正常生理过程，但直接阻断效果并不理想。因此，找到TGF-β1下游更具体的纤维化相关分子，更有利于开展机制研究和候选干预因素验证。

2026年4月，Stem Cell Research & Therapy 发表研究论文 “Induction of fibrosis in human kidney organoids delineates mechanisms and therapeutic targets of fibrotic kidney disease”。研究团队使用TGF-β1处理人肾类器官，诱导出肾单位结构减少、肌成纤维细胞增加和胶原沉积等纤维化相关改变，并进一步发现PIM1在受损近端小管细胞中升高；使用PIM1抑制剂AZD1208后，类器官中的促纤维化表型减少。

1. 构建含肾单位和间质成分的人肾类器官

由hiPSCs诱导形成的类器官中可检测到足细胞、近端小管、远端小管和间质成纤维细胞，并存在少量CD31⁺血管样结构，为后续纤维化建模提供了组织基础。

2. TGF-β1处理诱导多种肾纤维化相关改变

类器官经TGF-β1处理后，α-SMA⁺肌成纤维细胞增加，肾单位上皮结构减少，并出现肾小球硬化样改变、肾小管萎缩伴管周纤维化及胶原沉积增加。

3. 转录组分析发现炎症和JAK/STAT信号异常

纤维化类器官中，上皮-间质转化、炎症反应、代谢变化及Janus激酶/信号转导与转录激活因子（JAK/STAT）信号均发生变化。

4. 托法替布可减少TGF-β1诱导的纤维化表型

在TGF-β1处理期间加入JAK/STAT抑制剂托法替布（tofacitinib）后，类器官中STAT3表达下降，α-SMA⁺肌成纤维细胞减少。

5. PIM1抑制剂AZD1208减少促纤维化改变

PIM1在纤维化类器官受损的近端小管细胞中升高；使用AZD1208抑制PIM1后，α-SMA⁺肌成纤维细胞减少，ACTA2和COL1A1表达下降。 

1. 人肾类器官形成可用于纤维化建模的肾单位和间质结构

要在类器官中研究肾纤维化，首先需要确认模型中是否存在可观察损伤和间质重塑的肾脏相关结构。研究人员以hiPSCs为起始细胞，通过阶段性加入CHIR99021、Noggin、Activin和FGF9，引导细胞向肾脏谱系分化，并在分化第9天转入三维培养。

培养至第26天，类器官中形成了PODXL⁺足细胞、LTL⁺近端小管和CDH1⁺远端小管。足细胞表达NPHS1、NPHS2和PODXL，NPHS1与NPHS2在细胞连接区域共定位，形成裂孔隔膜样结构。近端和远端小管均出现管腔，LTL阴性小管结构周围可见富含COL1A1的基底膜。

除肾单位上皮结构外，类器官间质部分主要由PDGFRα⁺、α-SMA⁻间质成纤维细胞构成，同时可观察到少量CD31⁺血管样结构。正常条件下，COL1A1主要局限于肾小管周围基底膜区域，并未出现明显的间质广泛沉积。

这些结果说明，该肾类器官同时具备肾单位上皮和间质基础，可用于后续观察纤维化过程中肾小管、足细胞及间质成分的变化。

2. TGF-β1使肾类器官出现肾单位减少和间质纤维化改变

在确认类器官具备基础肾组织结构后，研究人员进一步建立体外肾纤维化模型。从分化第21天至第26天，研究人员连续使用10 ng/mL TGF-β1处理肾类器官，并在第26天检测组织结构和相关分子变化。

与未处理类器官相比，TGF-β1处理后的类器官中α-SMA⁺肌成纤维细胞明显增加，而PODXL⁺足细胞和LTL⁺近端小管结构减少。高倍免疫荧光图像中还可观察到肾小球硬化样改变，以及肾小管萎缩伴管周纤维化改变。

定量分析显示，处理组中足细胞、近端小管和远端小管覆盖面积下降，α-SMA⁺肌成纤维细胞覆盖面积增加超过两倍。与此同时，PODXL、NPHS1、NPHS2、WT1、LRP2、CDH1和SLC12A1等肾单位上皮相关基因表达下降；ACTA2、COL1A1和FN1等促纤维化相关基因表达升高。

间质区域中，COL1A1沉积增强，PDGFRα⁺间质成纤维细胞增多。该实验表明，TGF-β1能够在人肾类器官中诱导肾单位结构减少、肌成纤维细胞扩增和细胞外基质沉积等纤维化相关变化。

3. 纤维化类器官中炎症反应和JAK/STAT相关信号发生变化

在确认TGF-β1能够诱导稳定的组织学改变后，研究人员进一步对TGF-β1处理组和对照组类器官开展RNA测序，分析纤维化过程中整体转录状态的变化。

主成分分析显示，来自3次独立分化实验的样本能够按照处理条件明显分开，说明TGF-β1引起了较稳定的整体转录变化。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。

基因集富集分析显示，TGF-β1处理后的类器官中，上皮-间质转化（EMT）、TGF-β信号、炎症反应、细胞周期调控和代谢相关通路均发生变化。炎症相关分析中，TNF-α/NF-κB信号和IL-6/JAK/STAT3信号明显富集。

这些结果说明，TGF-β1处理后的肾类器官不仅出现组织结构上的纤维化改变，也呈现与肾纤维化相关的整体转录变化，为后续定位关键调控通路和候选靶点提供了依据。

4. 阻断JAK/STAT信号可减少类器官中的纤维化表型

转录组分析显示，JAK/STAT信号在纤维化类器官中明显富集。研究人员随后进一步检验，抑制这一通路是否能够改变TGF-β1诱导的纤维化表型。

在JAK/STAT相关上调基因中，SOCS3、IL11、OSMR、LIF、JAK3、PIM1和STAT3等均出现升高。定量PCR进一步验证，TGF-β1处理后，类器官中的STAT3表达增加。

随后，研究人员在TGF-β1处理期间加入10μM托法替布，经联合处理后，STAT3表达下降；免疫荧光图像中，α-SMA⁺肌成纤维细胞减少，纤维化表型减弱。

该实验表明，JAK/STAT信号参与了TGF-β1诱导的人肾类器官纤维化过程。同时，该结果也说明这一类器官模型可用于验证与肾纤维化相关的通路干预策略。

5.PIM1在受损近端小管中升高，抑制PIM1减少纤维化改变

在JAK/STAT相关上调基因中，研究人员进一步关注丝氨酸/苏氨酸激酶PIM1。该分子在肺纤维化、狼疮性肾炎和肾缺血再灌注损伤中已有相关研究，但其是否参与肾纤维化过程仍缺少直接验证。

免疫荧光结果显示，TGF-β1处理后的类器官中，PIM1主要在LTL⁺近端小管细胞内升高，尤其集中于上皮结构受损、LTL染色部分缺失的区域。相比之下，CDH1⁺远端小管中未观察到明显的PIM1信号增加。

研究人员随后分析Nephroseq数据库中的肾组织表达数据。在53例CKD患者肾活检样本与8例对照样本的比较中，PIM1位于上调基因前3%，表达倍数变化为2.064。

在功能验证中，研究人员于纤维化诱导期间加入PIM1抑制剂AZD1208。处理后，类器官中的α-SMA⁺肌成纤维细胞减少，尤其是管周区域的纤维化表型减轻；LTL染色有所改善；定量PCR显示，ACTA2和COL1A1表达下降。

这部分实验将PIM1从转录组发现推进至细胞定位和药物干预验证，支持其作为肾纤维化候选研究靶点继续开展后续研究。

本研究建立了一个以TGF-β1诱导的人肾类器官纤维化模型。该模型不仅出现肌成纤维细胞增加和胶原沉积，还保留了足细胞、近端小管、远端小管与间质成分之间的组织关系，因此能够同时观察肾单位受损与间质重塑。

研究人员利用这一模型完成了从表型建立、转录组分析到候选靶点干预验证的连续实验。JAK/STAT抑制可减少纤维化表型；PIM1在受损近端小管中升高，使用AZD1208抑制PIM1后，促纤维化相关改变减少。该研究为进一步分析近端小管损伤如何参与肾纤维化过程提供了人源实验依据。

但当前hiPSC来源肾类器官更接近发育期肾组织，缺乏完整集合管系统、功能性血管、过滤功能和免疫细胞成分；TGF-β1诱导模型主要适用于研究共同的促纤维化下游过程，不能覆盖不同CKD病因引起的全部病理变化。PIM1是否适合作为体内干预靶点，仍需在更复杂的人源模型和动物实验中进一步评价。