Nat Biotechnol：构建出研究脂肪肝的类器官模型

在一项新的研究中，来自荷兰乌得勒支大学和马克西玛王后儿童肿瘤中心等研究机构的研究人员构建出新型的人类脂肪肝类器官模型。他们利用这些模型来阐明药物反应，并建立了一个CRISPR筛选平台来识别新型疾病介质和潜在的治疗靶标。这些模型将有助于测试和开发治疗脂肪肝的新型药物，并有助于促进对疾病生物学的更好理解。相关研究结果于2023年2月23日在线发表在Nature Biotechnology期刊上，论文标题为“Engineered human hepatocyte organoids enable CRISPR-based target discovery and drug screening for steatosis”。

脂肪在肝脏中的堆积是一种在世界范围内越来越常见的疾病，全世界有超过四分之一的人口受到影响。患有脂肪肝会导致炎症，损害肝功能，并最终导致瘢痕组织的形成。不同的原因会导致脂肪肝的发展，其中饮食和生活方式是最常见的促成因素。此外，遗传学也可以发挥重要作用。例如，遗传性脂质代谢紊乱使患者更有可能患上脂肪肝，而一些突变则提高了患此病的风险。

没有治疗方法

令人担忧的是，目前没有任何治疗脂肪肝的方法可以阻止或逆转这种疾病。随着这种疾病的发展，出现不可逆转的肝脏损伤和需要进行肝脏移植的风险大大增加。此外，患有脂肪肝的人患肝癌的风险也在增加。由于模型系统的稀缺性，确定治疗这种疾病的方法具有挑战性。

小鼠的代谢差别很大，因此不能作为人类疾病的代表性模型系统。此外，目前基于人类的体外模型有几个缺点。对这些模型进行基因改造是很困难的，而且目前不可能快速产生大量的细胞。

脂肪肝类器官

如今，这些作者借助于类器官，构建出三种模型来确定脂肪肝发展的不同触发因素。在第一种模型中，他们给类器官提供脂肪酸的混合物以模拟西方饮食，并见证了脂肪肝类器官的快速发展。

作为第二种模型，他们使用一种名为先导编辑（prime editing）的新CRISPR工具将脂肪肝的最高风险突变引入他们的类器官系统。携带这种突变的脂肪肝类器官比没有这种突变的脂肪肝类器官显示出更严重的脂肪堆积。

针对人胎儿肝细胞类器官的精确基因编辑评估脂肪肝的遗传易感性。图片来自Nature Biotechnology, 2023, doi:10.1038/s41587-023-01680-4。

最后，他们还利用CRISPR-Cas9建立了遗传性脂质代谢紊乱的模型，研究这些紊乱如何影响脂肪肝的发展。这些突变的类器官自发地形成了严重的脂肪肝，这是糖类衍生的脂肪堆积的结果。

发现新型药物靶标

随后，这些作者在这些新开发的类器官模型上筛选了大量治疗脂肪肝的候选药物。有趣的是，他们观察到，不同的脂肪肝类器官模型以非常相似的方式对药物作出反应。因此，他们能够确定一部分对所有模型都有效的药物。

有趣的是，这些有效的药物通过一种阻断糖类分子转化为脂肪的共同机制发挥作用。这些作者还观察到，携带脂肪肝最高风险突变的脂肪肝类器官对所有药物的反应与没有这种突变的脂肪肝类器官不一样。这表明这类脂肪肝类器官可以被用作个性化医疗的工具。

CRISPR平台

这些作者继续利用他们的类器官模型建立了一个遗传筛选平台，以确定在脂肪肝中发挥作用的新基因。他们将他们的类器官变成了一个CRISPR筛选平台，名为FatTracer。他们利用这个平台研究特定基因的缺失对脂肪肝表型的影响，这可以在20天内进行实时可视化观察。

在筛选了35个候选基因后，他们发现了FADS2（脂肪酸去饱和酶2）基因在脂肪肝中的一个新的关键作用。FADS2的破坏使得脂肪肝类器官中的脂肪含量大大增加。他们想知道，相反的情况，即拥有更多的FADS2，是否反而对这种疾病有益。事实上，当过度表达FADS2时，这些脂肪肝类器官呈现的脂肪肝严重减少，这表明它是一种潜在的新型治疗靶标。

这些新型脂肪肝类器官模型为未来的许多研究铺平了道路。例如，这些作者希望更好地了解与脂肪肝发展有关的遗传风险，以及研究哪些因素影响这种疾病的进展。最终目的是利用这些模型来确定个性化的药物疗法，以治愈肝脏中的脂肪超载。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Delilah Hendriks et al. Engineered human hepatocyte organoids enable CRISPR-based target discovery and drug screening for steatosis. Nature Biotechnology, 2023, doi:10.1038/s41587-023-01680-4.