原發性纖毛運動障礙(Primary ciliary dyskinesia, PCD)是一種由基因缺陷導致的纖毛結構和功能障礙的全身性遺傳疾病。隨著對PCD遺傳學的不斷研究，目前已證實有40多個基因參與了PCD的發病過程，約70%的患者可通過基因檢測得到有效診斷。雖然PCD患者具有不同的基因突變和分子發病機制，但都具有共同的臨床特征，如反復的呼吸道感染，及伴有中性粒細胞數量異常。在PDC的多數臨床研究中較多集中于動力蛋白軸突重鏈5 (Dynein axonemal heavy chain 5, DNAH5)這一突變基因，其位于纖毛軸突，然而這些特異性的纖毛基因缺陷與免疫系統異常之間的聯系還不清楚。

 

在以往研究中，研究人員一般利用基因敲除小鼠、斑馬魚或小鼠氣道類器官構建具有典型突變的PCD模型。但這些方法不僅構建復雜，而且由于物種差異并不能很好的重現PCD在人類中的特征。因此，來自四川大學中國婦幼兒出生缺陷及相關疾病重點實驗室的研究團隊，利用DNAH5突變患兒的支氣管活檢樣本為研究對象，構建類器官模型并進一步利用組織學、蛋白質組學和分子生物學等手段研究DNAH5突變與PCD發病機制之間的關系，并在2022年《CELL》期刊上發表該文章。

首先，作者利用患兒活檢樣本作為細胞來源，進行細胞傳代培養并構建類器官。在此基礎上，利用高速顯微鏡、流式細胞術、WB、數字PCR和測序等技術從各個角度研究不同組別類器官的差異。高速顯微鏡分析表明，DNAH5突變的氣道類器官與正常氣道類器官相比，形態異常，空腔壁較厚；微管蛋白染色顯示，攜帶DNAH5突變的患者樣本中，纖毛數量顯著減少；作者用呼吸道合胞病毒（RSV病毒）感染實驗組和對照組類器官，研究DNAH5突變對于病毒感染引起的細胞因子免疫應答的影響，使用法國innopsys品牌的InnoScan 300微陣列掃描儀（現型號為Innoscan 710）對Raybiotech (Quantibody human inflammatory array 3)微陣列芯片進行分析。實驗結果表明，RSV感染引起DNAH5突變模型中8種細胞因子(G-CSF、GM-CSF、MCSF、IL-6、IL-11、TIMP-1、TIMP-2和TNFR1)表達下調，1種細胞因子IL-8表達上調(圖1)。既往研究表明，這8種下調的細胞因子與呼吸道上皮細胞對RSV感染的免疫應答過程密切相關，結合本研究，說明DNAH5缺陷可導致細胞炎癥因子釋放減少，進一步降低氣道上皮的免疫應答能力，提示這可能是PCD患兒反復發生呼吸道感染的原因。

圖1 InnoScan 300微陣列掃描結果統計示意圖
 

除此之外，通過單細胞RNA測序等實驗顯示，與正常細胞相比DNAH5突變的基底細胞中，Wnt激動劑表達較低，TGF-β/BMP抑制劑表達較高；對于纖毛細胞，纖毛長度主要受TGF-β通路調節，免疫應答主要受Wnt通路調節，提示Wnt和TGF-β通路的低表達可能是DNAH5突變類器官纖毛功能和免疫應答受損的主要原因。

綜上所述，患兒類器官構建是研究PCD的有效手段之一，DNAH5突變不僅導致微管結構功能改變，而且影響類器官的免疫應答反應，最終引起患者感染呼吸道系統疾病發病率顯著高于正常水平。

原文鏈接：https://doi.org/10.3390/cells11244013

Innopsys 成立于1999年。總部位于法國，一直致力于生物醫學領域相關儀器和軟件的自主研發和生產。Innoscan系列掃描儀，采用先進的共聚焦PMT檢測器和多激光掃描光路，可以同時進行多通道熒光檢測。不僅有效降低了熒光光漂白現象以及信號損失，還可以有效縮短掃描時間。在基因組和蛋白組表達，基因突變，SNP檢測，CGH，細菌病毒檢測，腫瘤特異性標志篩查，病理組織篩查等方面都有非常廣泛的應用。

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