hPSC 衍生肺泡类器官用于肺纤维化建模及 NP-011 抗纤维化效果研究

肺纤维化是致命性慢性呼吸系统疾病，现有药物仅能延缓病情进展，无法逆转纤维化，且缺乏能复刻人类病理特征的体外模型，导致新药研发受阻。hPSCs 衍生的类器官可模拟体内组织复杂度，为解决这一困境提供了新方向。

来自韩国江原大学的团队在《Cell Death Discovery》发表了题为Human pluripotent stem cell-derived alveolar organoids for modeling pulmonary fibrosis and drug testing的研究，成功构建人多能干细胞(hPSCs)衍生的肺泡类器官(AOs)，该类器官含肺泡祖细胞、1 型 / 2 型肺泡上皮细胞及间充质细胞;经 TGF-β1 诱导可模拟肺纤维化(PF)病理特征，用于药物筛选;证实截断型 MFG-E8 蛋白(NP-011)通过抑制 ERK 信号通路缓解纤维化，且能促进巨噬细胞摄取胶原，其体内抗纤维化效果与临床药物吡非尼酮(PFD)、尼达尼布(Nib)相当，为 PF 建模和新药研发提供可靠工具。

实验方法

肺泡类器官(AOs)诱导：hPSCs 经逐步分化形成肺泡上皮细胞(AECs)，第 21 天分散为单细胞，在含 Matrigel 的成熟培养基中聚合培养 6 天，获得含多种肺泡相关细胞的 AOs。

纤维化模型构建与药物处理：AOs 用 25 ng/ml TGF-β1 处理 72 小时诱导纤维化;测试药物包括 NP-011(截断型 MFG-E8)、PFD、Nib，通过 qPCR、Western blot、组织染色检测抗纤维化效果。

体内验证：C57BL/6 小鼠经气管内注射博来霉素(BLM)诱导肺纤维化，第 5 天经静脉或气管给药 NP-011(80/160 μg/kg)，评估肺组织纤维化指标。

机制与功能验证：Western blot 检测 ERK、SMAD2/3 等通路分子;THP-1 细胞诱导为巨噬细胞，验证 NP-011 对胶原摄取的促进作用。

关键结果

图 1 TGF-β1 诱导 AOs 纤维化及 NP-011 的抑制效果

该图呈现核心体外数据：(A)qPCR 结果：TGF-β1 处理后，AOs 中胶原(COL1A1/2)、间充质标志物(VIMENTIN)及上皮 - 间充质转化(FMT)相关基因(α-SMA、TWIST1 等)显著上调，NP-011 处理可逆转该趋势;(B)组织染色：天狼星红染色显示 TGF-β1 组纤维化面积增加，α-SMA 免疫荧光表达升高，NP-011 可显著抑制;(C-D)Western blot：TGF-β1 组胶原、纤连蛋白、磷酸化 ERK(p-ERK)水平升高，NP-011 可下调这些蛋白，对磷酸化 SMAD2/3 无明显抑制;(E-G)NP-011 在人原代肺泡上皮细胞和 IPF 患者成纤维细胞中，可抑制 TGF-β1 诱导的纤维化相关基因表达及 FMT 过程。结果证实，AOs 可模拟纤维化病理，NP-011 通过抑制 ERK 信号发挥抗纤维化作用。

图 2 NP-011 在小鼠模型中逆转肺纤维化

该图验证体内疗效：(A)qPCR：BLM 诱导后小鼠肺组织 Col1a1、Mmp2 基因上调，NP-011(气管 / 静脉给药)可显著下调;(B)组织染色：H&E、Masson 三色染色显示 NP-011 组纤维化面积减少，胶原和 α-SMA 表达降低;(C-D)Western blot：NP-011 组 p-ERK、α-SMA、胶原水平显著低于 BLM 组，对 SMAD2/3 磷酸化无影响;(E)GSEA 分析：NP-011 组 ERK 信号相关基因集显著受抑制。结果表明，NP-011 在体内可通过抑制 ERK 信号逆转已形成的肺纤维化。

图 3 NP-011 与临床药物的疗效对比

该图对比核心药物效果：(A)组织染色：NP-011、PFD、Nib 均能减少 BLM 诱导的肺组织纤维化面积，降低胶原沉积和 α-SMA 表达;(B-C)qPCR 与定量分析：三者均显著下调 Col1a1 基因表达，减少胶原阳性面积;(D-E)Western blot：三者均能抑制 p-ERK、胶原及 α-SMA 表达，效果无显著差异。结果证实，NP-011 的抗纤维化效果与临床获批药物相当。

图 4 NP-011 促进巨噬细胞摄取胶原

该图揭示额外作用机制：(A)THP-1 细胞经 PMA 诱导分化为巨噬细胞;(B-C)荧光微球吞噬实验证实巨噬细胞功能正常;(D-E)FITC 标记胶原摄取实验：NP-011 处理组巨噬细胞胶原摄取指数(CUI)显著高于对照组;(F-G)小鼠肺组织免疫荧光：BLM+NP-011 组胶原与巨噬细胞标志物(F4/80)共定位细胞数量显著增加。结果表明，NP-011 可通过促进巨噬细胞摄取胶原，加速纤维化组织修复。

全文总结

本文成功构建 hPSC 衍生的肺泡类器官(AOs)，可高效模拟肺纤维化病理特征;证实 NP-011 通过 “抑制 ERK 信号通路 + 促进巨噬细胞胶原摄取” 双重机制发挥抗纤维化作用，体内外效果与临床药物相当。AOs为肺纤维化提供了可靠的人类体外模型，解决了传统模型物种差异、功能缺失的问题;NP-011 作为截断型 MFG-E8，规避了全长蛋白的潜在副作用，为 PF 治疗提供新候选药物。