1区10.6分！单细胞转录组学生信分析+高通量药物筛选揭示：Rho GTPase信号轴驱动常染色体显性多囊肾病囊肿形成，CDC42抑制剂ML141缩小囊肿- 大数跨境

1区10.6分！单细胞转录组学生信分析+高通量药物筛选揭示：Rho GTPase信号轴驱动常染色体显性多囊肾病囊肿形成，CDC42抑制剂ML141缩小囊肿

CNS生信新靶点挖掘

2026-05-12

导读：常染色体显性多囊肾病（ADPKD）是最常见的遗传性肾病，但为何迟迟没有特效药？症结在于缺乏能真实模拟成人发病过程的人源模型！2026年最新研究突破这一瓶颈——科学家首次从ADPKD患者手术标本中，直接

常染色体显性多囊肾病（ADPKD）是最常见的遗传性肾病，但为何迟迟没有特效药？症结在于缺乏能真实模拟成人发病过程的人源模型！2026年最新研究突破这一瓶颈——科学家首次从ADPKD患者手术标本中，直接建立了可长期扩增的“多谱系成年肾类器官”（MAROs）。这种类器官不仅完美复现了纤毛伸长、极性紊乱等囊肿标志性特征，更通过单细胞转录组学揭示了Rho GTPase/PCP信号轴的异常激活是囊肿形成的关键。惊人发现是，当用基因敲除技术（IFT88 KO）消除纤毛后，PKD突变背景下的Rho信号竟被选择性削弱，证实了纤毛依赖的囊肿激活（CDCA）机制。基于此平台的高通量药物筛选，更是找到了能可逆性缩小囊肿而不伤及正常细胞的Rho抑制剂ML141。一项研究，打通了从疾病模型到候选药物的全链条！

今天给大家解读一篇4月发表在《Cell Reports Medicine》上的题目为“Patient-derived kidney organoids recapitulate ADPKD and facilitate the identification of Rho pathway inhibitors as candidate therapeutics.”的文章。本研究旨在解决ADPKD研究因缺乏生理相关性人类模型而面临的挑战。研究者通过优化培养基，成功从ADPKD患者和健康供体的手术标本中建立了多谱系成人肾脏类器官（MAROs）。这些类器官不仅包含近端肾小管和集合管等多种功能成熟的细胞类型，还能在体外长期稳定传代。当来源于ADPKD患者时，类器官自发形成囊肿，并重现了包括纤毛伸长、Rho/PCP信号激活、自噬异常等关键疾病特征。通过单细胞测序和基因编辑（敲除纤毛相关基因IFT88），研究证实了Rho GTPase是“纤毛依赖性囊肿激活”机制的关键下游效应分子。基于此平台进行的高通量药物筛选，鉴定出Rho通路抑制剂（如ML141）能有效且可逆地抑制囊肿生长，为ADPKD治疗提供了新思路。（请持续关注我们，每天为您解读最新见刊的文献!）想薅生信资料羊毛？直接在对话框回复 “资料”，免费领取干货大礼包！包括数据集、绘图代码、图表复现、思路总结、参考文献……0代码！鼠标点点点即可轻松完成5-10分生信SCI全文复现！

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题目：《患者来源的肾脏类器官再现了常染色体显性多囊肾病（ADPKD），并有助于识别Rho通路抑制剂作为候选治疗药物》Patient-derived kidney organoids recapitulate ADPKD and facilitate the identification of Rho pathway inhibitors as candidate therapeutics

发表期刊：Cell Reports Medicine

影响因子：10.6

研究背景：

ADPKD的治疗困境
ADPKD是最常见的遗传性肾脏疾病，但目前治愈性疗法有限，部分原因是缺乏能够反映其成年发病、遗传背景复杂及多节段起源的人类生理模型。
现有模型的局限性
已有的基于人诱导多能干细胞（hiPSC）的模型主要反映肾脏发育早期阶段，存在肾单位结构不成熟、包含非肾细胞类型等问题，且不能反映ADPKD的成年发病性及体细胞“二次打击”特征。虽然已有“肾小管类器官”，但其细胞类型多样性不足，也无法真实复制ADPKD患者的遗传背景。
成人组织来源的类器官是更优选择
基于成人肾脏组织的类器官，如果能够实现多谱系扩增，将更准确地反映成年肾脏的病理生理特征，这对于建模成年发病的ADPKD至关重要。

CNSknowall 平台 Pubmed+AI 快速提炼全文要点

研究思路：

建立模型
在现有“肾小管类器官”培养基基础上，筛选化合物和生长因子（维甲酸RA、GDNF、FGF20），优化出能够支持多种肾上皮谱系（近端肾小管、集合管等）长期扩增的MAROs培养基，并从健康供者和ADPKD患者组织中成功建立类器官。
表型验证
通过形态学观察、免疫荧光、透射电镜、转录组学（bulk RNA-seq 和 scRNA-seq）等手段，全面验证PKD类器官是否重现了ADPKD的核心病理特征，如囊肿形成、纤毛伸长、PCP信号异常、自噬激活等。
机制探索
利用CRISPR技术敲除纤毛关键基因IFT88，构建一系列对照和突变型类器官，结合转录组分析，探究初级纤毛在囊肿发生中的具体作用机制，并特别关注Rho GTPase/PCP信号通路。
物理因素影响
建立微流控灌注培养系统，模拟体内流体剪切力，研究其如何影响囊肿扩张和Rho/PCP信号。
药物发现
利用PKD类器官建立高通量药物筛选平台，筛选包含160种化合物的文库，鉴定能够有效抑制囊肿生长且不损伤正常类器官的新型候选药物，并验证其作用机制。

研究亮点：

可扩增的成人肾脏类器官
建立了能够同时模拟近端肾小管和集合管谱系的、可长期扩增的成年人肾脏类器官（MAROs）。
重现ADPKD关键表型
ADPKD患者来源的类器官（PKD_orgs）重现了与纤毛依赖性Rho/PCP通路激活相关的囊肿发生特征。
验证CDCA机制
在突变型类器官中，通过基因敲除IFT88（导致纤毛缺陷）能够抑制纤毛依赖性的Rho/PCP程序，支持了“纤毛依赖性囊肿激活（CDCA）”机制。
高通量药物发现
利用该平台进行的高通量药物筛选鉴定出Rho抑制剂（如ML141），能够有效减少ADPKD的囊肿生长。

研究结果：

成功建立并优化了MAROs平台
优化的培养基能够支持肾上皮细胞长期（>5个月，>22代）稳定扩增，且包含多谱系（CycEPs, PTs, PCLs, CNTs, TAL, CDPs），细胞类型与成年人肾脏相似。类器官中的近端肾小管细胞具有白蛋白摄取功能和P-糖蛋白转运活性，集合管细胞可被诱导分化为主细胞和插入细胞。
PKD类器官重现ADPKD表型
来源于ADPKD患者的类器官自发形成囊性结构。这些类器官表现出纤毛显著伸长、PCP信号通路（FZD3, CDC42, RHOA等）激活、CFTR和TMEM16A通道表达上调、自噬增强、AMPK信号下调等典型ADPKD病理特征。
单细胞图谱揭示基因型特异性改变
PKD1和PKD2突变类器官的单细胞测序显示，两者均向集合管谱系偏移，但PKD1突变体富集TCA循环和CFTR信号，而PKD2突变体富集VEGF和Hippo信号，揭示了基因型特异性差异。
Rho GTPase是CDCA机制的关键效应子
在PKD突变类器官中敲除IFT88（破坏纤毛），导致Rho GTPase（RHOA, RAC1, CDC42）和PCP信号显著下调，VANGL2的异常定位也得到恢复。而在正常对照类器官中敲除IFT88则无此效应，证实了纤毛完整性对于维持突变背景下Rho/PCP信号的必要性。
微流控加速囊肿并放大Rho信号
在微流控灌注（模拟流体剪切力）培养下，PKD类器官的囊肿扩张加速，且Rho/PCP通路相关基因表达显著上调。
高通量筛选鉴定出Rho抑制剂
通过160种化合物的筛选，鉴定出ML141（CDC42抑制剂）、EHT 1864 2HCl（RAC抑制剂）和CCG-1423（RHOA抑制剂）等Rho通路抑制剂能有效且可逆地减少囊性生长，且不损害正常类器官的活力和增殖，显示出低毒性和高选择性。

研究总结：

结论：本研究成功构建了一个直接来源于ADPKD患者的、生理相关性强的成人肾脏类器官平台（MAROs）。该平台不仅能逼真地模拟ADPKD的遗传、细胞和力学特征，还揭示了“初级纤毛-Rho GTPase信号轴”是囊肿发生的核心机制。更重要的是，通过该平台进行的药物筛选，鉴定出Rho通路抑制剂是一类有前景的、低毒性的ADPKD候选治疗药物，为精准医疗提供了可能。

讨论与局限性：

优势与意义
该模型弥补了现有类器官模型（如PSC来源或肾小管类器官）的不足，特别是其保留了患者的真实遗传背景（包括可能的体细胞突变）和成年人细胞状态，为研究ADPKD的发病机制和药物发现提供了强大且更接近临床实际的工具。研究中发现的基因型特异性药物反应（如PKD1 vs PKD2），突显了该平台在指导个性化治疗方面的价值。
局限性

体外模型无法完全模拟体内复杂的微环境，如血管化、免疫细胞相互作用和全身药物代谢。
药物筛选的暴露时间相对较短，候选药物（如Rho抑制剂）的长期疗效和安全性仍需动物体内验证。
虽然纳入了多个PKD1/PKD2突变系，但样本量仍有限，需进一步扩大。
囊肿的确切细胞起源（虽然提示以集合管为主），需要未来的谱系追踪实验来最终确定。
Rho信号与CDCA机制之间的具体分子联系，仍需更深入的分子和功能分析来阐明。

结果译文：

1.从人肾组织建立并鉴定多谱系成年肾脏类器官

尽管已有报道称小管类器官（tubuloids）可从肾小管片段或尿液中生长，且CD24⁺细胞随后被鉴定为其细胞来源，但一个稳健高效的、能产生多样化肾单位谱系的成年肾脏类器官扩增方案仍然缺乏。因此，我们基于已建立的小管类器官培养基，筛选了小分子化合物和生长因子的组合。优化后的培养基包含三种额外组分：视黄酸（RA）、胶质细胞源性神经营养因子（GDNF）和成纤维细胞生长因子20（FGF20），这些组分改善了类器官扩增（>4倍；图S1A）并显著上调了CD24表达（>15倍；图S1B）。图1A提供了一个详细的工作流程图，标明了每个培养步骤的时间和持续时间。在此优化培养基中培养的类器官保持了超过5个月的持续增殖能力（>22代）。与传统小管类器官可自发形成囊性结构不同，优化后的MAROs在早期传代中表现出出芽形态（图1B和S1C）。从76份肾组织样本中，成功建立了69个类器官系（表S1）。免疫染色显示祖细胞标志物CD24和PROM1广泛表达（图S1D）。MAROs的bulk RNA测序（RNA-seq）揭示了与匹配的原代组织相比，其与增殖和集合管/小管祖细胞相关的基因集在转录水平上富集（图1C）。通路分析突显了增强的细胞周期活性（图1D）。

2.单细胞RNA-seq揭示MAROs中集合管和近端小管谱系的异质性细胞群体

我们对来自三名独立供体的已建立类器官进行了单细胞RNA测序（scRNA-seq）。经过严格过滤，保留了32,350个高质量细胞。无监督聚类识别出六个主要群体，包括循环上皮祖细胞（CycEPs，表达MKI67和PCNA）、AQP1高表达近端小管（PTs）、AQP3高表达主细胞样细胞（PCLs）、连接小管（CNTs）、髓袢升支粗段（TAL）和GATA3⁺集合管祖细胞（CDPs）（图1E）。与传统小管类器官相比，MAROs显著富集了远端肾单位和集合管谱系。点图显示了与已发表单细胞图谱一致的经典标志物基因的表达（图1F）。PT细胞以AQP1和TMEM176A为标志，而PCL细胞则以AQP3和AVP2表达为特征（图1G）。循环上皮祖细胞簇稳健地表达了增殖标志物，包括MKI67和TOP2A（图1H）。拟时序轨迹分析进一步描绘了两条广泛的分化轨迹：一条从CycEPs朝向CD谱系，另一条朝向PT谱系（图1I和1J）。热图展示了沿拟时序共变的基因模块（图1K）。免疫染色证实了分化的PT和CD谱系共存，共同定义了MAROs的多谱系组成（图1L）。有趣的是，一个细胞亚群共表达GATA3和JAG1（图S1E和S1F）。虽然这表明MAROs可能具有发育过程中出现的祖细胞样状态，但定义为GATA3⁺和JAG1⁺群体的双潜能的直接谱系示踪证据仍需进一步探讨。

3.将MAROs与成人肾脏转录组进行基准比较

为验证MAROs在重现成人肾脏细胞状态方面的保真度，我们将其与成人肾脏组织进行了比较。Bulk RNA-seq显示，MAROs（P4-P15）保留了与成人肾脏非常相似的转录特征，特别是PT、髓袢升支粗段和集合管细胞（图S1G）。足细胞、内皮细胞和免疫细胞的特征在MAROs中缺失，这与其小管谱系一致。此外，使用基于Symphony的投影将MARO单细胞数据（来自P3、P6和P10代）映射到一个成人肾脏参考图谱上（图S2A）。MARO簇与主要肾谱系对齐，包括PT、TAL和集合管细胞（图S2B–S2D）。MAROs中的细胞类型组成在转录水平上忠实地重现了成人肾脏小管的结构（图S2E–S2H）。

4.MAROs中近端小管和集合管谱系的功能评估

为确定MAROs是否表现出节段特异性功能，我们首先评估了PT的内吞和外排能力。在基于Transwell的实验中（图2A），暴露于白蛋白-Cy3 24小时的MAROs显示出点状细胞内信号（图2C）。固定后，白蛋白-Cy3与LTL⁺ PT节段以及多配体受体CUBN和LRP2共定位（图2D），证实了经典受体介导的摄取，同时上皮紧密连接（ZO-1⁺）保持完整（图S3A）。钙黄绿素-AM积累实验显示强烈的细胞内荧光，并被P-gp抑制剂PSC833增强（图2B），证实了活性外排转运蛋白（如P-gp）的存在，这是PT细胞的特征（图2E和2F）。MAROs还能内化低分子量和中等分子量的葡聚糖，但不能内化2,000-kDa的葡聚糖（图S3B–S3D），支持成熟PT细胞具有大小选择性内吞功能。

为促进CD成熟，我们对诱导因子组合进行了广泛筛选。8-Bromo-cAMP和CHIR99021的组合强力增强了CD亚型标志物的表达，包括在转录水平（图2G–2I）和蛋白水平（图2J和2K）上的AQP2（主细胞）和ATP6V1B1（闰细胞）。共免疫染色显示AQP2⁺和ATP6V1B1⁺细胞交错分布，重现了体内CD结构（图2K）。这些发现表明，MAROs展示了PT和CD细胞的功能特性。

5.患者来源的ADPKD类器官的建立和鉴定

大多数基于iPSC的PKD模型依赖于在早期多能性阶段引入基因工程突变，这不能准确重现ADPKD成人发病的病理生理背景。历史上认为ADPKD囊肿起源于CD上皮，但最近的证据提示其可能起源于多个节段。鉴于MAROs包含PT、CD和TAL谱系，我们直接从ADPKD患者肾组织建立了PKD类器官（PKD_orgs）（图3A；表S2）。与表现出实性、出芽形态的对照类器官（CON_orgs）相比，PKD_orgs随时间推移发展出多个中空、扩张的囊肿结构，在体外类似于患者组织中的囊肿扩张（图3B）（视频S1和S2）。免疫染色证实了囊肿衬里上皮细胞中SOX9和AVPR2的存在（图3C）。为定量囊肿身份，我们特异地分析了形态学定义的囊肿内的AVPR2表达。在三个独立的PKD类器官系中，相当大比例的细胞为AVPR2阳性（图S4A）。

延时成像揭示了PKD_orgs中局部扩张的动力学（图3D）。Bulk RNA-seq显示，与2D细胞系或PKD小鼠模型相比，PKD类器官在转录组水平上更接近天然ADPKD组织（图3E）。基因集变异分析（GSVA）揭示了钙转运的下调，而与ECM重塑、慢性炎症和平面细胞极性（PCP）信号相关的通路在组织和类器官中均显著上调（图3F），这反映了PKD已报道的关键致病过程。PKD_orgs可从多名ADPKD供体中建立并维持5-15代。定量分析证实PKD_orgs中囊肿形成显著增加（图3G）。在长期传代后，PKD_orgs表现出囊肿形成效率和细胞活力的进行性下降（图3H、3I和S4B），这与祖细胞标志物（如CD24和CD133）的表达降低和衰老标志物增加相关（图S4C），表明再生潜能的逐渐丧失，这是该模型的一个已知局限性。

6.患者来源的类器官重现了ADPKD的结构和功能标志性特征

ADPKD涉及纤毛功能障碍，这破坏了肾小管上皮细胞中的正常信号通路，最终导致异常细胞增殖、液体分泌和囊肿形成。在ADPKD肾组织（图4A和4B）和来自三名独立供体的PKD_orgs（图4C和4D）中均观察到伸长的初级纤毛。与对照相比，ADPKD类器官中纤毛相关转录本显著上调（图S4D）。对定向细胞分裂和管状形态发生至关重要的PCP信号在囊肿肾脏中发生紊乱。PKD_orgs通过免疫染色和RT-qPCR显示出PCP组分Frizzled-3（FZD3）及其下游效应器CDC42的表达升高（图4E和4F）。由于氯离子通道（包括CFTR和钙激活氯通道TMEM16A）的紊乱，氯离子转运失调导致囊肿液体积聚。PKD_orgs表现出CFTR和TMEM16A表达上调（图4G和4H）。

此外，自噬与PKD发病机制有关，因其失调可促进囊肿生长和肾功能障碍。透射电子显微镜（TEM）揭示PKD_orgs中自噬结构增加和线粒体异常（图4I）。免疫荧光染色和western blot确认LC3-I/II和自噬体增加（图4J-4L）。此外，AMPK在PKD_orgs中下调（图4M和4N），这是PKD中一个众所周知的标志。

总之，这些结果证明，患者来源的肾脏类器官忠实地重现了ADPKD的关键结构、分子和功能表型，包括纤毛伸长、PCP通路失调、异常氯通道表达和自噬激活。

7.PKD类器官的单细胞分析揭示平面细胞极性信号的趋同性激活

我们对PKD1突变、PKD2突变和对照系的类器官进行了scRNA-seq。从PKD1突变类器官中获得7,112个细胞，PKD2突变类器官中获得12,485个细胞，对照类器官中获得14,209个细胞。这些数据使用均匀流形近似和投影（UMAP）进行可视化（图5A）。基于已发表图谱的经典标志物，注释了六个主要上皮亚群（图5B和S4E）：对照类器官显示出均衡的分布，而两种突变型均表现出向CD衍生群体（PCL和CNT）的转变，伴随着近端衍生谱系（TAL和PT）的减少（图5C）。差异表达分析揭示了两种突变体中PCP、自噬和炎症通路的共同上调。也观察到独特的特征：PKD1突变类器官在TCA循环和CFTR信号中显示富集，而PKD2突变类器官在VEGF和Hippo通路中显示富集（图5D和5E）。CDP簇中的PROGENY通路活性分析显示基因型之间存在不同模式。PKD1和PKD2模型之间观察到不同的富集模式（图S4F），而下调的通路在很大程度上是保守的，包括ABC转运蛋白、凋亡和GLI1/GLI2的蛋白酶体降解（图S4G和S4H）。

为进一步验证类器官衍生细胞群的细胞身份和疾病相关性，我们将单细胞数据投影到来自健康肾脏和ADPKD组织的公开可用的scRNA-seq数据集上。经过批次校正和整合后，参考组织（n = 3名ADPKD患者和2名健康供体）被注释为20个不同的簇（图S5A），并使用基于Symphony的投影将类器官簇映射到人类参考图谱上（图S5B）。值得注意的是，结果确认了与ADPKD相关的PT、TAL和CD/CNT簇的对齐（图5F–5H和S5C–S5E），验证了我们的类器官系统在重现与ADPKD相关的关键肾单位节段方面的保真度。

对在类器官和ADPKD组织中（PT、TAL_2和PC-CD/CNT簇内）均共同上调的基因进行Reactome过度表达分析，揭示了经典ADPKD相关通路的富集，包括mTORC、Hedgehog和自噬信号。重要的是，在两个模型系统中均观察到核心PCP效应器（包括RHOA、RAC1和CDC42 GTPase级联）的稳健且一致上调，提示PCP信号在囊肿发病机制中的保守作用（图5I）。通过western blot验证，确认了PKD组织和类器官中PCP调控因子FZD3、CDC42、RAC1、RHOA和ROCK1/2的表达升高（图5J）。我们的结果表明，携带PKD1或PKD2突变的类器官表现出既有共同又有独特的、驱动疾病进展的分子特征。

8.Rho GTPase信号通路代表了CDCA模式的潜在机制

初级纤毛是ADPKD发病机制的核心，这最初在小鼠模型中建立，并由Tu/p3失活可减弱囊肿形成的报道所证实。这些发现支持存在一种CDCA通路，在该通路中，结构和功能完整的初级纤毛在缺乏多囊蛋白的情况下促进囊肿生成。然而，多囊蛋白-CDCA信号轴的关键机制仍有待阐明。

为鉴定下游效应器，我们开发了一个六组体外人类肾脏类器官模型：（1）野生型对照类器官，（2）IFT88敲除的野生型对照类器官（CON_IFT88KO），（3）PKD1突变类器官，（4）IFT88敲除的PKD1突变类器官（PKD1_IFT88KO），（5）PKD2突变类器官，以及（6）IFT88敲除的PKD2突变类器官（PKD2_IFT88KO）。通过western blot确认了IFT88的有效消融（图6A）。整合转录组学分析识别出具有独特表达动态的基因簇。PKD1_IFT88KO和PKD2_IFT88KO类器官表现出核心Rho GTPase信号组分（包括RHOA、RAC1和CDC42）的显著富集（图6B）。比较IFT88敲除类器官与其匹配的亲本对照的基因集富集分析（GSEA）显示，在所有背景中，纤毛相关程序（包括纤毛组装和鞭毛内运输）均呈现一致的负富集（图6C），这与有效破坏纤毛生成一致。同时，与细胞周期/DNA复制和Rho-GTPase相关细胞骨架重塑相关的通路总体呈负富集，而免疫相关基因集在各基因型间呈正富集。

比较分析进一步突显了PKD1_IFT88KO和PKD2_IFT88KO类器官中PCP和细胞骨架基因的下调（图6D）。RT-qPCR和western blot证实，特异地于PKD突变背景下消融纤毛，导致Rho GTPase组分（FZD3、CDC42、RHOA、RAC1、ROCK1和ROCK2）显著下调，而CON_IFT88KO则不受影响（图6E-6H）。

我们接着检测了PCP蛋白VANGL2。在对照组织中，VANGL2显示基底外侧富集且伴有额外的顶端信号。在PKD组织中，VANGL2定位主要转移到顶端域，表明极性破坏。在类器官中，对照类器官显示顶基底侧VANGL2分布，而PKD类器官则显示其表达局限于基底膜。引人注目的是，缺乏纤毛的PKD类器官（PKD_IFT88KO）显示了恢复的顶基底侧VANGL2定位（图6I）。鉴于先前研究表明正确的基底外侧VANGL2定位对上皮极性和小管完整性至关重要，VANGL2的错位很可能与连接完整性受损和异常形态发生有关。

总之，我们的发现将Rho GTPase信号确立为ADPKD中CDCA通路的关键下游效应器。在多囊蛋白缺陷条件下，完整的初级纤毛是维持PCP信号所必需的。在PKD1/PKD2突变类器官中破坏纤毛，导致Rho GTPase和PCP组分的协调下调，以及VANGL2定位改变。值得注意的是，在PKD突变背景下，VANGL2错位到顶膜，并通过IFT88敲除得以恢复。

9.微流控流动加速囊肿扩张并激活Rho/PCP信号

为模拟流体剪切应力，我们建立了一个微流控灌注培养系统（图S6A–S6D）。在动态流动下，与静态条件相比，PKD类器官表现出加速的囊肿扩张（图S6E和S6F）。RT-qPCR分析揭示，与静态培养相比，动态培养选择性上调了PKD类器官中Rho/PCP通路组分（RAC1、RHOA、ROCK1、ROCK2、CDC42和FZD3）以及纤毛相关转录本（CC2D2A和CSPP1）的表达（图S6G和S6H）。我们的数据表明，生理性剪切力作为一个强有力的上游刺激，既加速囊肿扩张，又放大纤毛依赖的Rho/PCP信号，从而为CDCA机制提供功能性支持。

10.基于类器官的高通量筛选鉴定Rho通路抑制剂为选择性治疗药物

传统的PSC衍生PKD类器官表现出有限的增殖能力，这阻碍了其在大规模筛选中的应用。因此，我们利用已建立的、能忠实重现ADPKD病理生理特征的PKD类器官进行可扩展的药物筛选。通过全外显子组测序（WES）鉴定了10个携带PKD1或PKD2突变的PKD类器官系的遗传变异（图S7A）。将类器官解离成单细胞悬液，接种于96孔板，并用10μM forskolin（FSK）刺激以促进均匀的囊肿生成（图7A）。我们筛选了一个包含160种小分子化合物的文库（汇编自ClinicalTrials.gov），重点关注已知或可能对ADPKD有效的药物（图7B；表S3）。使用PKD1和PKD2突变类器官进行的初步筛选鉴定出23种候选化合物，这些化合物在至少一个类器官系中显著减小了囊肿大小（通过成像定量）。这些化合物靶向多种生物学通路，包括mTOR、GPCRs、AMPK、血管生成、Rho GTPase信号和细胞骨架动力学（图7B和7C）。

为进一步验证这些命中化合物的治疗潜力，我们在另外三个携带PKD1或PKD2突变的类器官系中进行了剂量-反应测试（0.1、1和10 μM）（图7D）。药物治疗从第0天到第7天的时间依赖性效应显示出进行性减小（图S7B–S7D）。值得注意的是，PKD1和PKD2突变类器官之间的不同反应提示存在基因型特异性的药物敏感性。Tolvaptan和GSK2193874在PKD1突变体中更有效，而AICAR和verteporfin在PKD2突变体中显示出更强的效力（视频S3和S4）。值得注意的是，ML141（一种CDC42 GTPase抑制剂）、EHT 1864 2HCl（一种RAC GTPase抑制剂）和CCG-1423（一种RHOA抑制剂）在两种突变体中均显示出一致的效力（图7E）。

鉴于ML141的强效效力，我们接下来评估了其潜在的细胞毒性。PKD突变和对照（CON）类器官用30μM ML141处理10小时后停药。ML141诱导PKD类器官囊肿大小可逆性减小，而不影响对照类器官的生长（图7F和7G，视频S5和S6）。为确定Rho通路抑制剂是否影响PKD类器官中的细胞增殖，我们在使用ML141、CCG-1423和EHT 1864 2HCl处理48小时后进行了EdU掺入实验。免疫荧光染色和定量分析显示，与溶剂处理的对照组相比，EdU阳性细胞的百分比没有显著变化（图S8A和S8B）。这些发现表明，Rho抑制剂ML141对PKD类器官发挥选择性效应，对正常肾脏类器官毒性极小，突显其作为ADPKD有前景且特异的候选治疗药物的潜力。

11.ML141衰减CDC42依赖的细胞骨架和PCP信号

为进一步阐明ML141如何调节CDC42依赖的信号传导，对三个独立ADPKD供体来源的、经ML141处理的类器官进行了bulk RNA-seq。Reactome富集分析揭示了Rho GTPase下游程序的显著负富集，包括细胞骨架重塑和PCP/核心极性复合物（图S9A）。qRT-PCR确认ML141降低了CDC42和下游效应分子（如ARPC2、PARD3、CFL1和CFL2）的表达（图S9B）。Western blot进一步证明ML141处理后CDC42、ARP3、ARPC2和PARD3蛋白水平下降（图S9C）。这些数据表明，ML141选择性衰减了PKD类器官中CDC42驱动的细胞骨架重塑和PCP信号。

综上，我们的研究建立了一个患者来源的ADPKD类器官平台，该平台模拟了ADPKD病理和遗传的关键特征，用于治疗药物发现。我们将Rho GTPase通路鉴定为囊肿生成中一个核心的、受纤毛调节的信号轴，并将Rho通路抑制剂鉴定为具有效力和低毒性的有前景的治疗药物。我们的平台为多囊肾病的机制发现和临床前药物评估搭建了桥梁。

更多结果和补充图表：doi：10.1016/j.xcrm.2026.102720

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