Immunoids：利用人 pluripotent stem cells（hPSCs）构建免疫活性类器官（organoids）与组装体（assembloids）

《Cell Stem Cell》：Immunoids: Building immunocompetent organoids from human pluripotent stem cells

　　

由多能干细胞（pluripotent stem cells，PSCs）衍生的免疫活性类器官（immunocompetent organoids）与组装体（assembloids），在此统称为“免疫类器官（immunoids）”，正成为研究免疫-组织相互作用的重要人类模型。跨器官系统的进展现包括将成熟与未成熟免疫细胞群整合到多种类器官类型中、多谱系分化以及内源性免疫共发育。制定免疫类器官构建标准对于改进生理学建模和临床转化至关重要。未来几年，随着这些平台日趋成熟，免疫类器官有望通过增进研究人员对人类发育、疾病机制和治疗反应的理解来变革研究，并成为精准医学的基石。

传统上，研究人员依赖动物模型研究人类发育、疾病机制和治疗反应，但物种间在遗传、生理和免疫调节上的根本差异限制了临床前发现的转化应用，药物开发失败率高，且伦理、成本和高通量限制推动了对新方法学（new approach methodologies，NAMs）的需求。类器官（organoids）是三维细胞结构，组装体（assembloids）是类器官技术的延伸；然而早期模型缺乏免疫成分，无法真实模拟免疫-组织互作。因此，需要构建含免疫细胞的人多能干细胞（human pluripotent stem cells，hPSCs）来源免疫活性类器官/组装体，即“免疫类器官（immunoids）”。该观点文章发表于《Cell Stem Cell》，系统回顾了自组织hPSC来源免疫类器官的进展、局限和设计标准，认为遵循这些标准可提高生理建模和临床转化能力。

研究人员采用系统文献综述方法，分析了过去10年发表的hPSC来源自组织免疫类器官研究。构建策略分为四类：将终末分化的免疫细胞加入类器官；将免疫细胞祖细胞加入类器官；将类器官祖细胞与免疫/造血祖细胞混合并允许共分化；以及内源性共发育免疫细胞。样本来源包括多种hPSC/iPSC系，其中部分来自患者来源hiPSCs（如唐氏综合征、阿尔茨海默病、克罗恩病等），并采用CRISPR-Cas9基因编辑、病原体感染、炎症因子刺激等方法建立疾病模型。

Alveolar and lung：Heo和Hong通过将hPSC来源肺泡巨噬细胞（CD11b⁺CD192⁺CD14⁺CX3CR1⁺CD169⁺CD206⁺）与肺泡上皮细胞共聚集，构建肺泡免疫类器官，用于研究肺纤维化及TGF-β通路抑制剂效果。另有研究将hPSC来源成熟肺泡巨噬细胞（CD45⁺CD14⁺CD11c⁺）与肺泡上皮类器官在Matrigel中共培养，用于脂多糖（LPS）刺激和结核分枝杆菌感染研究。

Bone marrow：2024年，研究人员从hPSC分化出复杂人骨髓类器官，包含内皮、间充质/基质和造血区室，内源性共发育单核/巨噬细胞、中性粒细胞、肥大细胞、巨核细胞、嗜酸性粒细胞/嗜碱性粒细胞和树突状细胞。利用该模型模拟VPS45缺陷，观察到骨髓纤维化样间质改变、髓系异常和中性粒细胞凋亡增加。

Brain：自2017年Abud等最早将hPSC来源小胶质细胞加入脑类器官并响应针刺损伤后，后续研究将小胶质细胞整合到脑类器官中，用于APOE4相关阿尔茨海默病表型、寨卡病毒感染、髓鞘损伤与修复等模型。例如，APOE4小胶质细胞样细胞形态改变、β-淀粉样蛋白摄取减少并导致β-淀粉样蛋白聚集增加。

Cancer：癌症免疫类器官虽未完全由hPSC衍生，但通过整合患者肿瘤细胞和外周血单个核细胞到hPSC来源皮质类器官，或用iPSC来源内皮细胞、成纤维细胞、巨噬细胞、树突状细胞、自然杀伤细胞等重建患者来源肿瘤类器官，可研究肿瘤演化、免疫逃逸、治疗耐药和免疫治疗测试。

Heart：研究人员将自体单核细胞（CD45⁺CD163⁺CD14⁺CCR2^?）加入发育中的心脏类器官，使其分化为组织驻留巨噬细胞（CD45⁺CD163⁺CD14⁺CD68⁺SPP1⁺CCR2^?），这些细胞参与细胞外基质组织、电生理调节。暴露于促炎细胞因子后，通过NLRP3炎症小体激活诱导心房心律失常。

Intestinal：早期的肠道免疫类器官将hPSC来源巨噬细胞注入肠道类器官；后续采用两种策略：整合红髓系祖细胞或终末分化巨噬细胞到肠道类器官，形成CD163⁺CD45⁺CD14⁺CD11c⁺组织驻留巨噬细胞样群体，在E. coli感染、LPS和IL-10刺激下产生巨噬细胞依赖性形态和转录变化。

Liver：肝免疫类器官通过同时定向肝内胚层和造血中胚层，在3D微凹板中自组织，或通过在倒置Matrigel穹顶中培养，产生Kupffer细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、巨核细胞和B淋巴细胞前体。LPS和IFN-γ诱导脓毒症样肝功能障碍，表现为炎症性Kupffer细胞表型、CYP酶活性降低和氨代谢受损；另一研究还检测到CD7⁺CD5⁺T细胞前体。

Ocular：将hPSC来源小胶质细胞与视网膜类器官共培养，小胶质细胞迁移并整合到视网膜类器官中，具有吞噬E. coli能力，并用于LPS诱导的视网膜炎症、poly(I:C)模拟胎儿病毒感染和布洛芬治疗反应研究。

Thymic：2023年，研究人员并行分化脏壁中胚层细胞、造血祖细胞和胸腺上皮细胞，按1:1:20比例聚集培养4周，产生自然杀伤细胞（CD3^?CD56⁺）、自然杀伤T细胞（CD3⁺CD56⁺）和T细胞（CD45⁺CD3⁺TCR⁺CD4⁺CD8⁺CD25⁺CD117⁺CD5⁺CD7⁺），并用抗CD3/CD28磁珠激活验证T细胞功能。

Vascular：2024年，研究人员将间充质祖细胞与内皮祖细胞混合培养21天，获得含巨噬细胞（CD45⁺CD68⁺）和CD31⁺

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