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研究人员构建肺类器官纤维化（LOF）模型测试抗纤维化药物敏感性，为肺纤维化研究及药物筛选提供新途径。
### 肺纤维化研究的新曙光：肺类器官纤维化模型的诞生
在人体的呼吸系统中，肺就像一台精密的 “气体交换器”，一刻不停地进行着氧气和二氧化碳的交换，维持生命的运转。然而，有一种疾病却在悄然破坏着这台 “交换器” 的正常功能，它就是肺纤维化。肺纤维化是一种可怕的间质肺疾病，就像是肺里悄悄织起了一张 “瘢痕大网”，随着病情发展，这张网越来越密，严重阻碍气体交换，最终导致患者呼吸衰竭，生命受到严重威胁。
目前，针对肺纤维化的研究和药物开发面临着巨大挑战。虽然已经有多种肺纤维化模型，比如用博来霉素诱导的肺纤维化动物模型，能展现出肺纤维化的主要特征，广泛用于相关研究和药物筛选；还有基于干细胞分化的纤维化肺类器官模型，可以模拟特定的纤维化肺病；以及能自组装的 3D 肺球模型，携带肺部细胞的个性化信息。但这些模型都存在一些不足，有的无法很好地模拟人体肺部的个性化特征，有的缺乏肺纤维化的三维结构特点，难以满足研究需求。
为了突破这些困境，来自深圳儿童医院、中国中医科学院广安门医院以及 Darkjade Sciences, Inc. 的研究人员开展了一项重要研究。他们成功构建了一种基于肺类器官的纤维化（LOF）模型，并评估了其在抗纤维化药物敏感性测试方面的潜力。这项研究成果发表在《Stem Cell Research & Therapy》上，为肺纤维化的研究和治疗带来了新的希望。
主要研究方法
研究人员在这项研究中运用了多种关键技术。首先是细胞培养技术，他们从 C57BL/6 小鼠的肺组织中分离出原代肺类器官细胞和肺成纤维细胞，分别进行培养。接着通过共培养的方式，让肺类器官细胞和成纤维细胞自组装形成 LOF 模型，设置了 O-F 和 C-F 两种共培养方式。然后利用扫描电子显微镜观察、组织形态学染色（H&E 染色）和免疫组化染色等技术，对 LOF 模型的形态和细胞组成进行分析。此外，还采用单细胞测序技术，深入探究 LOF 模型的细胞成分和细胞间的通讯情况。最后，使用两种临床常用的抗纤维化药物吡非尼酮（Pirfenidome）和尼达尼布（Nintedanib）对 LOF 模型进行药物敏感性测试。
研究结果
- LOF 模型的自组装：研究人员发现，LOF 模型能够由肺类器官和源自天然肺组织的成纤维细胞自组装而成。肺类器官在培养两天后形成，且大小逐渐增加，免疫组化染色显示其 CK7 阳性，α-SMA、结蛋白（desmin）和波形蛋白（vimentin）阴性。成纤维细胞呈纺锤状，波形蛋白阳性，部分 α-SMA 阳性。在 O-F 模型中，肺类器官相互聚集形成 LOF，其形状得以保留，成纤维细胞分布在肺类器官间质中；而在 C-F 模型中，类器官来源的细胞与成纤维细胞重新组织，形成单一钝形的 LOF，肺类器官的形状不再明显。随着时间推移，两种模型中 LOF 的大小都逐渐增加。
- LOF 模型的形态学特征：扫描电子显微镜观察显示，LOF 比紧密包裹的肺类器官更大且更不规则，C-F 模型中 LOF 的表面还会分成小部分。组织学检查发现，LOF 是三维细胞团块，主要由被间质细胞包围的肺类器官组成。在 O-F 模型中，肺类器官保持多腔样形态，形成岛状组织，间质细胞分布在组织之间；C-F 模型中则形成更大的、由间质细胞包围的网状 LOF。免疫组化检查表明，LOF 由 CK7 阳性的类器官被波形蛋白阳性的成纤维细胞包围，且两种模型中成纤维细胞的分布不同，O-F 模型中分散在肺类器官间质，C-F 模型中则位于 LOF 外层。
- LOF 模型的单细胞测序分析：单细胞测序结果显示，LOF 包含 7 种细胞成分，其中成纤维细胞（g-3 簇）和损伤相关的瞬时祖细胞（g-2 簇）与成熟 I 型肺泡上皮细胞（g-0 簇）的比例比天然肺更高。基因本体（GO）分析表明，LOF 中角质化增强，一些代谢过程如谷胱甘肽代谢减少，间充质细胞分化、发育以及细胞外基质的合成和组织增强。此外，还发现增殖性间充质祖细胞（g-1）和成纤维细胞（g-3）与其他细胞簇之间存在强烈相互作用，ncWNT 和 TGF-β 信号通路在细胞通讯网络中最为重要。
- LOF 模型的药物敏感性测试：用吡非尼酮和尼达尼布处理 LOF 后发现，两种药物都能抑制成纤维细胞的生长，且呈浓度和时间依赖性。在药物处理后，O-F 模型中 LOF 的轮廓逐渐恢复为肺类器官的形状，C-F 模型中钝形的 LOF 则呈现出类似肺类器官的形状。免疫组化染色显示，随着药物浓度增加，波形蛋白阳性的成纤维细胞减少。同时，尼达尼布处理 LOF 中主要由上皮细胞组成的类器官大小不受影响，而吡非尼酮处理后类器官大小随药物浓度增加而严重减小。
研究结论与意义
这项研究成功构建了 LOF 模型，该模型能够忠实模拟天然肺组织的个性化特征，是一种高效的肺纤维化模型。它不仅在结构上更接近真实的肺纤维化，比如由肺类器官被成纤维细胞包围形成类似肺纤维化的结构，而且在细胞和分子水平上也能很好地模拟纤维化过程，如特定细胞簇比例的变化、细胞间的相互作用等。
LOF 模型在抗纤维化药物研究方面具有巨大潜力。一方面，它可以直接观察药物对成纤维细胞的抑制效果，通过组织化学变化进一步验证药物的抗纤维化作用；另一方面，还能评估药物对上皮细胞的毒性，为临床合理用药提供重要参考。例如，研究发现吡非尼酮虽然能抑制成纤维细胞生长，但会影响上皮细胞生长，提示在治疗肺纤维化时过度使用可能对肺部造成损害。此外，LOF 模型还有望作为肺纤维化研究的通用模型，且研究方法有望用于构建人类 LOF 模型，为肺纤维化的研究和治疗开辟了新的道路，推动该领域的进一步发展。
