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为解决现有胎儿细胞消融模型的局限，如传统敲除模型疾病严重程度难控制、条件性消融模型存在胎儿致死风险等问题，研究人员开展了诱导型半胱天冬酶 9（iC9）系统用于胎儿细胞消融和疾病建模的研究。结果显示该系统能精准高效消融胎儿肾单位祖细胞（NPCs），建立多种疾病模型。其意义在于推动肾脏疾病研究及治疗发展。
在生命科学和医学研究领域，胎儿细胞消融模型对于探究先天性疾病、器官再生以及异种移植等方面至关重要。然而，传统的基因敲除模型往往存在新生儿致死的问题，因为器官缺陷使得疾病严重程度难以灵活调控。而条件性消融模型，例如基于白喉毒素受体（DTR）和白喉毒素 A（DTA）的模型，要么需要直接向子宫内注射毒素，增加胎儿死亡率，要么因诱导剂毒性导致胎儿发育异常和死亡，且细胞消融缓慢，不利于精准控制疾病建模的严重程度。这些困境犹如一道道难以跨越的鸿沟，阻碍着相关研究的深入推进。
为了突破这些困境，来自日本东京慈惠会医科大学（The Jikei University School of Medicine）等机构的研究人员展开了深入研究。他们将目光聚焦于诱导型半胱天冬酶 9（iC9） 系统，致力于探索其在胎儿细胞消融和疾病建模方面的潜力。研究结果令人振奋，iC9 系统能够借助胎盘可渗透的诱导剂，快速且高效地靶向胎儿肾单位祖细胞（NPCs），通过内在凋亡途径实现细胞消融。利用该系统，研究人员成功建立了从先天性肾脏缺陷到严重慢性肾脏病（CKD）等多种疾病模型，并且疾病严重程度可通过调整诱导剂给药时间进行精确控制。此外，他们还发现抑制 X 连锁凋亡抑制蛋白（XIAP） 可以增强 iC9 系统的效果，扩大其应用范围。同时，利用该模型成功培育出了人 - 鼠嵌合肾，为肾脏疾病的治疗和研究开辟了新方向。这一研究成果发表在《Nature Communications》上，为相关领域的研究带来了新的曙光。
研究人员在开展此项研究时，运用了多种关键技术方法。在动物模型构建方面，通过基因编辑技术，建立了 Six2-iC9 小鼠和大鼠模型，使 iC9 在 NPCs 中特异性表达。在细胞和组织分析方面，运用免疫染色技术，对肾脏组织中的 NPCs 等细胞进行标记和观察；采用 RNA 测序技术，分析细胞基因表达变化。此外，还利用细胞移植技术，将不同来源的 NPCs 移植到受体肾脏，研究肾单位的再生情况 。
研究结果具体如下：
Six2-iC9 小鼠的生成及胎儿 NPCs 的子宫内消融 ：成功构建 Six2-iC9 小鼠，该小鼠携带 iC9 和荧光标记 tdTomato。通过向怀孕母鼠腹腔注射化学诱导剂二聚体（CID），能有效消融胎儿 NPCs。实验表明，在胚胎发育的不同时期注射 CID，会对新生儿肾脏产生不同影响，早期注射 CID 会导致肾脏更小，NPCs 消失，成熟肾小球减少1 2 通过子宫内 NPC 消融生成 CKD 模型 ：对 Six2-iC9 胎儿在胚胎期注射 CID，部分胎儿出生后存活，通过检测其血清肌酐（sCr）、血尿素氮（BUN）等指标，发现这些小鼠出现了 CKD 的特征，如肾脏缩小、囊肿形成、肾小球数量减少、肾小管扩张以及间质纤维化等3 4 Six2-iC9 胎儿肾脏中 NPC 消融的高效快速诱导 ：利用离体全器官培养技术，对 E14.5 Six2-iC9 胎儿肾脏进行研究，发现 100 nM CID 处理 4 天后，NPCs 的 tdTomato 荧光减弱，NPCs 被有效消除，且凋亡在 CID 处理 6 小时后就开始发生，18 小时时 88% 的 NPCs 呈 TUNEL 阳性5 6 iC9 表达低于阈值不足以诱导凋亡 ：研究发现，在 E14.5 Six2-iC9 肾脏中，当 iC9 表达较低时，即使增加 CID 浓度或增强药物渗透，也无法有效消融 NPCs。通过检测发现，Six2-iC9 小鼠肾脏中 iC9 蛋白表达水平比 Six2-iC9+ 小鼠低约 50%，表明 iC9 表达存在阈值，低于该阈值无法诱导 NPCs 凋亡7 8 细胞解离和重聚对 NPC 消融诱导敏感性的影响 ：在解离和重聚的胎儿肾细胞球实验中，发现单细胞状态增强了细胞对凋亡的敏感性。通过转录组分析发现，解离后的细胞中 DNA 损伤反应基因表达上调，这可能是单细胞状态下凋亡更容易诱导的原因9 10 XIAP 抑制降低 iC9 表达阈值 ：使用 XIAP 抑制剂 AT406 与 CID 联合处理胎儿 Six2-iC9+ 肾脏，发现 AT406 能增加 NPC 消融效率，且呈剂量依赖性。在体内实验中，对 P1.5 Six2-iC9+/- 小鼠皮下注射 AT406 和 CID，也证实了其能有效消融 NPCs11 12 利用 Cre-loxP 系统生成 iC9 表达小鼠和 Six2 启动子驱动 iC9 表达的大鼠 ：构建了 Cre 诱导的 iC9 模型小鼠（ROSA26-iC9），与 Six2-EGFP/Cre 小鼠杂交后，在新生小鼠肾脏中注射 CID 和 AT406，可有效消融 NPCs。同时，利用细菌人工染色体（BAC）转基因技术，成功构建了 Six2-iC9 大鼠模型，该模型中 NPCs 可被有效消融13 14 通过 CID 诱导宿主 NPC 消融实现种内和种间 NPC 替代和肾单位再生 ：将小鼠和大鼠的肾祖细胞（RPCs）注入胎儿 Six2-iC9 小鼠肾脏，同时消融宿主 NPCs，发现供体 RPCs 能成功植入宿主肾脏，替代宿主 NPCs，并分化为肾单位。将含有大鼠 RPCs 的胎儿 Six2-iC9+ 肾脏移植到免疫缺陷小鼠体内，可诱导再生肾单位的体内分化15 16 通过 CID 诱导宿主 NPC 消融实现人 NPC 替代和肾单位成熟 ：从人诱导多能干细胞（hiPSCs）诱导生成人 NPCs，并将其注入 E13.5 Six2-iC9+ 肾脏。在 CID 存在的情况下，人 NPCs 能成功植入胎儿肾脏并分化为肾单位结构。将注入人 NPCs 的胎儿 Six2-iC9 肾脏移植到 NOG 小鼠体内，可观察到肾单位的体内成熟17 18
研究结论和讨论部分指出，iC9 系统为建立高效、可调控的肾脏疾病模型提供了有力工具，其在胎儿细胞消融方面的高效性和安全性，有助于深入理解肾脏疾病的病理生理过程，推动慢性肾脏病治疗策略的发展。同时，该系统在嵌合肾研究中的应用，为解决肾脏移植供体短缺问题带来了新的希望。不过，研究也存在一些局限性，如 AT406 的系统毒性和脱靶效应未充分评估，其胎盘渗透性问题也有待解决；嵌合肾的发育轨迹、细胞注射方法以及不同物种间的差异等方面还需要进一步研究。未来，研究人员将继续探索改进方法，以克服这些局限性，让 iC9 系统在生命科学和医学领域发挥更大的作用。
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