3.4.4　模拟其他呼吸系统疾病

肺类器官还可以模拟急性和慢性肺损伤类疾病，如急性肺损伤（acute lung injury，ALI）、慢阻肺以及特发性肺纤维化（idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）。

肺类器官可以直接被病毒和寄生虫感染。隐孢子虫病由隐孢子虫感染引起，腹泻为主要疾病特征。隐孢子虫可以感染人源小肠和肺的上皮类器官，在类器官内繁殖并完成其复杂的生命周期，说明类器官适用于寄生虫生物学研究和抗寄生虫药物开发［89］。另外，肺类器官已被成功地用作由SARS-Co V-2和呼吸道合胞病毒（respiratory syncytial virus，RSV）等病毒感染引起的人类疾病的模型，在细胞和分子水平上为宿主-病原体相互作用提供了有利依据，与临床患者的血清学数据相辅相成，为潜在治疗策略的临床前和临床试验提供了有效的工具。人多能干细胞诱导的肺类器官模型中，AT2细胞、纤毛细胞等多种细胞表达SARS-Co V-2受体ACE2，因此可以被SARS-Co V2感染；基于类器官的感染成功模拟了人类SARS-Co V-2肺部感染中的炎症情况，如趋化因子增加，以及IL17、TNFα的上调。该感染模型也适用于高通量平台，以筛选抗SARSCo V-2感染的候选药物［90］。此外，RSV感染的肺气道类器官形态学显示了大量的上皮异常，包括细胞骨架重排、感染细胞顶端挤压和合胞体形成［27］，这些表型与人体内病理变化相似。

慢阻肺是一种常见的慢性进展性呼吸疾病，包括肺气肿和慢性支气管炎，从而导致呼吸气流受阻。慢阻肺的一个标志是气道上皮重塑、杯状细胞数量增加和黏液分泌过剩。在类器官系统中加入炎症因子可以模拟炎症微环境。在气道类器官中加入炎症因子，发现IL6通过激活STAT3信号促进基底细胞向纤毛细胞分化［91］，IL13、IL17A则促进基底细胞向杯状细胞分化，从而模拟了慢阻肺、哮喘、囊性纤维化患者中常发生的杯状细胞化生（goblet cell metaplasia），导致痰液过度产生引起气道阻塞的临床表现［40］。利用气道类器官进行Notch特异性抗体的筛选，发现Notch2是细胞因子引起的杯状细胞化生所必需的信号，抑制Notch2可以促进基底细胞分化成纤毛细胞［40］。此外，慢阻肺患者低表达LKB1，抑制club细胞来源的肺类器官中LKB1的表达也可模拟杯状细胞化生，杯状细胞标志物MUC5AC、CLCA3和FOXA3增加［92］。(https://www.daowen.com)

特发性肺纤维化是慢性进展性的间质性肺疾病，以成纤维细胞增殖和细胞外基质大量积累为特征，导致肺组织结构被破坏，肺功能丧失。目前认为IPF起源于肺泡上皮细胞反复损伤引起的异常修复，导致（肌）成纤维细胞持续激活［93，94］。AT2细胞功能异常，比如端粒酶基因突变、SFTPC突变、AT2细胞衰老或者AT2细胞再生修复障碍等均可以自发引起或加重肺纤维化［95-99］。肺泡类器官的研究揭示了AT2细胞向AT1细胞分化过程中存在过渡态，这些细胞在纤维化组织和新冠病毒感染后的肺泡组织中大量存在，暗示肺泡再生停滞与纤维化发生的关联性。在AT2细胞中特异敲除Cdc42或者Taz基因，可阻断AT2向AT1细胞分化，导致肺泡组织过度拉伸，产生机械张力，激活AT2细胞表达TGF-β1，从而自发发生或者加重纤维化［83，99］。在AT2细胞中敲除Tgfbr2可以缓解纤维化，说明再生障碍的AT2细胞响应TGF-β信号，引起肺纤维化发生。将人多能干细胞来源的肺泡上皮细胞和原代人胚胎肺成纤维细胞共培养可模拟纤维化中上皮细胞对于成纤维细胞的作用。AT2细胞分泌SH H（Sonic hedgehog）引起成纤维细胞激活，造成基质胶收缩；在博来霉素诱导下，AT2细胞发生细胞衰老，产生更多的TGF-β，造成更显著的收缩，模拟了纤维化发生［100］。

细胞外基质（extracellular matrix，ECM）在特发性肺纤维化病理中起重要作用，随着类器官培养中所运用的细胞外支持成分的进一步开发及改善，类器官培养有望逐步实现标准化地长期培育和可重复性，并有助于探索细胞外基质和肺细胞之间的相互作用，评估细胞外基质在疾病，如肺纤维化发病及进展中的作用。

类器官也是研究外界环境对健康影响的理想体外模型，因为多种类型的细胞参与了对外界环境损害的反应，如吸烟诱导的相关的疾病。吸烟会导致气道上皮重塑、基底细胞和黏液生成细胞增生、鳞状化生、纤毛细胞分化改变和连接屏障完整性降低，与慢阻肺和肺癌有关。肺类器官可以直接模拟香烟烟雾提取物对肺上皮祖细胞的损害作用。用香烟提取物处理14天后类器官的大小和数量减少，可用于发现与香烟诱导的肺部损伤修复和再生相关的新靶点［101］。另一项研究则发现，间歇性吸烟小鼠的AT 2细胞比持续性吸烟小鼠的AT 2细胞在3D培养中更容易形成类器官，可能是脂肪酸氧化增强了AT 2细胞干性，这项研究表明，肺类器官模型可以模拟间歇性和持续香烟烟雾暴露的分子机制［102］。