2009年，荷蘭 Hubrecht 研究所的 Hans Clevers 等人使用來自小鼠腸道的成體干細(xì)胞培育出首個(gè)腸道類器官，開創(chuàng)了類器官研究的時(shí)代。此后，Hans Clevers 成立了類器官技術(shù)孵化公司 Hubrecht Organoid Technology ，并成功孵化了多家類器官研究公司。
自2009年以來，類器官領(lǐng)域研究成果不斷，許多新型類器官和更復(fù)雜的類器官不斷涌現(xiàn)，為新藥研發(fā)、精準(zhǔn)治療、再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域帶來了更強(qiáng)大的工具。
2023年2月23日，Hans Clevers 團(tuán)隊(duì)在 Nature Biotechnology 期刊發(fā)表了題為：Engineered human hepatocyte organoids enable CRISPR-based target discovery and drug screening for steatosis 的研究論文。
該研究建立了新的人類脂肪肝類器官模型，并使用這些類器官模型來闡明藥物反應(yīng)，還建立了一個(gè)基于該類器官的CRISPR篩選平臺(tái)，并成功篩選到了治療脂肪肝的潛在新靶點(diǎn)——FADS2基因。這些類器官模型及篩選平臺(tái)將有助于測試和開發(fā)治療脂肪肝的新藥物，并有助于更好地了解疾病生物學(xué)。
無藥可醫(yī)的脂肪肝疾病
非酒精性脂肪性肝?。∟AFLD）是全球慢性肝病的主要原因，超過四分之一的人口受其影響。NAFLD是一種進(jìn)行性疾病，從肝內(nèi)脂肪堆積開始，可發(fā)展為非酒精性脂肪性肝炎（NASH）。不同的原因可以導(dǎo)致脂肪肝的發(fā)展，飲食和生活方式是最常見的因素。此外，基因也發(fā)揮著重要作用，例如，遺傳性脂質(zhì)紊亂患者更可能發(fā)展為脂肪肝，還有一些基因突變會(huì)增加脂肪肝風(fēng)險(xiǎn)。
然而，目前還沒有治療方法或藥物能夠阻止或逆轉(zhuǎn)脂肪肝。隨著病情的發(fā)展，患者出現(xiàn)不可逆肝損傷甚至需要肝移植的風(fēng)險(xiǎn)大大增加。此外，脂肪肝患者患肝癌的風(fēng)險(xiǎn)更高。由于缺乏研究模型，導(dǎo)致脂肪肝防治方法的研究面臨很大挑戰(zhàn)。
小鼠的代謝與人類差異很大，不能作為人類代謝性疾病的代表性研究模型。此外，目前基于人類的體外模型存在一些缺陷，對(duì)這些模型進(jìn)行基因修飾很困難，而且還不能快速生成大量細(xì)胞。
建立脂肪肝類器官
在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)建立了三種類器官模型來捕捉脂肪肝發(fā)展的不同觸發(fā)因素。首先，他們用脂肪酸混合物來模擬西式飲食，并見證了脂肪肝類器官的快速發(fā)展。然后，研究團(tuán)隊(duì)使用了先導(dǎo)編輯（Prime Editing）將脂肪肝的最高風(fēng)險(xiǎn)基因突變（PNPLA3 I148M）引入類器官系統(tǒng)，具有這種突變的類器官比沒有這種突變的類器官顯示出更嚴(yán)重的脂肪積累。最后，研究團(tuán)隊(duì)使用CRISPR-Cas9模擬了遺傳脂質(zhì)疾病，以研究這些疾病如何影響脂肪肝的發(fā)展，由于糖源性脂肪的積累，這些突變的類器官自發(fā)地發(fā)展成嚴(yán)重的脂肪肝。
發(fā)現(xiàn)新的藥物靶點(diǎn)
然后，研究團(tuán)隊(duì)在新開發(fā)的類器官模型上篩選了大量治療脂肪肝的候選藥物。有趣的是，研究他的觀察到不同的脂肪肝類器官模型對(duì)藥物的反應(yīng)非常相似。因此，他們能夠識(shí)別出在所有模型中都有效的藥物。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這些有效的藥物通過一個(gè)共同的機(jī)制起作用，即阻止糖生成脂類。研究他的還觀察到，具有脂肪肝最高風(fēng)險(xiǎn)突變的類器官與沒有突變的類器官對(duì)所有藥物的反應(yīng)方式不同，這表明類器官可以作為個(gè)性化醫(yī)療的工具。
建立CRISPR篩選平臺(tái)
研究團(tuán)隊(duì)繼續(xù)使用類器官模型建立了一個(gè)遺傳篩選平臺(tái)，以確定在脂肪肝疾病中起作用的新基因。研究他的將他們的類器官開發(fā)了一個(gè)名為FatTracer的CRISPR篩選平臺(tái)。他們使用這個(gè)平臺(tái)來研究特定基因的缺失對(duì)脂肪肝表型的影響，這可以在20天內(nèi)實(shí)時(shí)可視化。
使用這一FatTracer篩選平臺(tái)，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)35個(gè)脂質(zhì)代謝和/或NAFLD有關(guān)的候選基因進(jìn)行了篩選，發(fā)現(xiàn)FADS2基因（表達(dá)脂肪酸去飽和酶2）是一個(gè)新的與脂肪肝疾病相關(guān)的關(guān)鍵基因，F(xiàn)ADS2基因的缺失使得類器官的脂肪含量大大增加。
研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)FADS2基因，則會(huì)使之前顯示出脂肪肝的類器官顯著減輕，這表明FADS2是一個(gè)脂肪肝的新的潛在治療靶點(diǎn)。該研究開發(fā)的新型脂肪肝類器官模型為未來的研究鋪平了道路。
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