3.2.1　多能干细胞来源的类器官

无论是诱导多能干细胞还是胚胎干细胞都可以通过逐步诱导的方式，在特定的阶段使用特异的生长因子和小分子组合，顺序激活或抑制不同的信号通路，模拟正常胚胎发育的过程，从而获得肺脏类器官。

胚胎发育过程中，肺产生于前肠内胚层，形成支气管和肺泡组织。因此多能干细胞来源的肺类器官的构建中一个重要步骤是形成前肠内胚层（anterior foregut endoderm，AFE）。从诱导多能干细胞或者胚胎干细胞开始，利用Activin A和CHIR99021或Activin A、BMP4和FGF2，激活TGF-β及WNT信号活性，诱导多能干细胞分化为定型内胚层（definitive endoderm，DE）。在定型内胚层形成后，使用SB431542和Noggin或SB431542和Dorsomorphin抑制TGF-β和BMP信号，形成前肠内胚层。随后，激活BMP、WNT、FGF和RA信号可将前肠内胚层进一步诱导为NKX2.1＋肺上皮祖细胞。这些祖细胞可以进一步诱导分化成气道或者肺泡上皮细胞［29-33（］图3-2）。

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图3-2　人体诱导多能干细胞分化产生肺上皮细胞过程［2］

不同于成体干细胞来源的类器官只有上皮细胞，多能干细胞来源的类器官具有上皮和间质细胞。2017年，Yawen Chen等利用RUES2人胚胎干细胞系经过定型内胚层诱导、前肠内胚层诱导构建了肺芽类器官（lung bud organoids），具有内胚层细胞和少量中胚层细胞［33］。将肺芽类器官移植到免疫缺陷的NSG小鼠的肾包膜下，一个半月后形成管状的气道结构，表达基底细胞和杯状细胞的标志基因，周围被间质细胞包围；5个月后形成分支结构，其中气道结构中出现基底细胞、纤毛细胞、杯状细胞、club细胞，气道周围出现平滑肌细胞，并且分支末梢出现AT2细胞；7个月后出现神经上皮小体，并且分支末梢开始出现AT1细胞。将肺芽类器官包埋在基质胶中进行体外培养，70天后也形成分支结构，表达AT2细胞、杯状细胞和间质细胞的标志基因。