#类器官#
罕见病由于患者少，病情重导致不能用常见病方法经验性治疗。因此，罕见病群体通常面对难以确诊、无药可治以及特效药难进中国市场等难题。建立患者来源的类器官模型可替代患者进行发病机制、早期诊断和药物筛选的精准系统性研究，以推动罕见病科学和临床研究以及药物研发。局限性硬皮病（LoS）是一种罕见的发病于皮肤和/或皮下组织的慢性结缔组织疾病。该疾病的特点是从浅层真皮到筋膜和肌肉伴都随着皮肤增厚、斑块状，并且非常坚硬。病理可表现为血管病变、免疫系统异常和纤维化。此外，皮肤损伤处伴随着汗腺萎缩、起疱以及真皮表皮处坏死的角质细胞。但是，目前对这类疾病缺乏有效的诊断和治疗方法。随着干细胞疗法的创新，间充质基质/干细胞（MSCs）如脂肪来源的MSCs和骨髓来源的MSCs已被用于调节免疫功能和LoS纤维化。然而，在损伤发生后，皮肤需要调动各种类型的细胞来促进表皮和真皮的自我更新和再生。因此，建立一个由多种细胞组成的理想体外模型寻找潜在的治疗方法至关重要。
年3月22日，中国医医院冷泠/张抒扬教授团队，国家蛋白质科学中心（北京）马洁/朱云平研究员团队，国家应急防控药物工程技术研究中心钟武/曹瑞源研究员团队在AdvancedScience杂志上联合发表了题为ApplicationofaniPSC-DerivedOrganoidModelforLocalizedSclerodermaTherapy的论文。本研究首先建立了LoS皮肤蛋白质组图谱，并根据LoS分子病理特征创建了一种具有上皮/间充质和神经系统（EM）类器官的三维模型对LoS小鼠进行类器官移植治疗，发现EM类器官可以显著降低皮肤纤维化和炎症程度，并促进汗腺、血管和毛囊再生。该研究首次设计特定类器官对皮肤罕见病进行针对性治疗，展现了类器官作为潜在的新型干细胞疗法对遭受罕见类疾病患者提供一种替代诊治方案的巨大潜力和价值。
本研究首先通过组织病理学发现LoS显示真皮广泛纤维化，真皮胶原束中密集的炎性细胞浸润（CD4、CD8+T细胞和F+巨噬细胞等）。此外，病理性成纤维细胞和肌成纤维细胞的标志物α肌动蛋白（αSMA），纤维蛋白1（FBN1）和波形蛋白（VIM）在硬皮病中显著高表达。进一步，研究者通过定量蛋白质组学发现LoS小鼠皮肤中出现大量的肌纤维化和炎症浸润相关蛋白，以及上皮间质转化蛋白（层黏连蛋白、纤维连接蛋白、胶原等）。此外，LoS小鼠皮肤组织的表皮屏障、毛囊和血管发育等功能显著下调，氧化还原和脂质代谢等功能严重紊乱。
接下来，研究者建立了一种人源诱导性多能干细胞（hiPSC）来源具有上皮/间充质和神经双重细胞类型（TFAP2A+ECAD+，PDGFα+和SOX10+P75+）的EM类器官，单细胞转录组显示该类器官显示包括上皮、神经内皮、神经元、胶质和神经干/祖等8种亚细胞类型，并涉及血管生成、ECM重塑、神经修复和组织再生等多种生长因子和功能成分。研究者采用EM类器官对LoS小鼠治疗一个月后，发现纤维化得到有效改善，并且胶原束中的IL1，IL6，IL12，TNFα和CXCL12等多种蛋白与未治疗LoS相比显著下调至正常水平。研究者还评估并发现治疗后LoS皮肤组织厚度几乎恢复到正常水平，并且与未采用类器官治疗的LoS皮肤组织相比，治疗后的LoS皮肤组织中I，II，III，VI和XII型胶原的表达恢复至正常水平。最令人惊讶的是，萎缩的汗腺和毛囊皮肤附属器发生再生，表皮干细胞干性和增殖能力增强。此外，LoS小鼠皮肤的血管，尤其是浅表血管损伤严重，而在EM类器官移植后，血管发生明显的再生。研究者发现这是由于EM类器官治疗后皮肤组织内皮细胞发育和血管生成相关蛋白、粘附因子和整合素等成分的增加促进了LoS皮肤血管再生。通过进一步研究，研究者发EM治疗LoS皮肤组织是通过旁分泌作用促进皮肤组织的器官再生。同时，研究者测试了EM类器官移植三个月甚至更长时间并不会导致发生畸胎瘤的风险。
图1.EM类器官治疗LoS小鼠皮肤组织
此前，冷泠与马洁研究团队一直致力于利用干细胞再生医学结合多组学大数据进行感染重症和疑难罕见病的转化医学研究，共同进行表皮类器官/全层类器官模型及相关数据库的研发，尤其注重外胚层（皮肤和脑）来源组织器官的疑难重症与罕见病的相关问题。在之前的研究中，首次从新冠肺炎的临床样本出发系统性地从分子水平上揭示了新冠患者肺组织和肝组织发病过程中起关键作用的致病机制，为医学干预和药物靶点选择提供了候选策略；建立了器官损伤与血液标志物预测相关性系统，为普通型感染者和无症状感染者的治疗效果和健康预测提供了科学依据。相关研究结果部分以封面亮点形式已经发表在年10月以及年1月和6月的SignalTransductionandTargetedTherapy杂志上；首次应用蛋白质组大数据鉴定皮肤罕见病T细胞淋巴瘤（MF型）肿瘤早期诊断的生物标志物（CancerCommun(Lond)..）；该研究的发现能够大大减少该罕见病的临床误诊率来提高患者的生存率；共同合作创建了一种具有表皮、真皮和皮下组织完整细胞极性的皮肤类器官，并首次为新冠肺炎和脱发后遗症之间的关联提供了证据，相关研究结果以封面形式已经发表在年3月AdvancedScience杂志（详见BioArt前期报道：AdvSci丨冷泠/张抒扬/王曼丽/周亦武等联合应用皮肤类器官首次揭示新冠患者脱发后遗症的原因）。本研究是上述研究的延续，首次利用EM类器官的理想模型治疗临床表型复杂的难愈性疾病和罕见病。使用具有完整组织结构和细胞类型的皮肤类器官进行致病机制研究和临床治疗在未来的临床应用有着广大的应用前景。后续，研究团队将继续利用类器官模型进行感染重症与罕见病相关的药物筛选方面的工作。
中国医医院冷泠副研究员、张抒扬教授，国家应急防控药物工程技术研究中心钟武研究员为共同通讯作者，国家蛋白质科学中心（北京）马洁副研究员、国家应急防控药物工程技术研究中心李微高级技师，曹瑞源副研究员和中国医医院研究助理高敦芹为论文共同第一作者。
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