本文是由 jinxia liu、yunfeng zhang 和 yiqun yu 等人撰写的综述文章，发表于 cellular and molecular life sciences 期刊，2024年12月18日被接收，2025年正式刊出（文章编号 82:33）。第一作者 jinxia liu 来自复旦大学眼耳鼻喉科医院耳鼻喉科研究所及嗅觉障碍诊疗中心，通讯作者 yiqun yu 来自同一单位，另一位通讯作者 yunfeng zhang 来自中国科学院动物研究所农业虫害鼠害综合治理研究国家重点实验室。
该综述聚焦于鼻与嗅上皮类器官（nasal and olfactory epithelium organoids）的建立方法、技术进展及其在嗅觉障碍、慢性鼻窦炎等鼻部疾病发病机制研究和再生医学中的临床前应用前景。文章系统梳理了近年来嗅上皮类器官和鼻上皮类器官的研究成果，并结合类器官技术的最新发展（如血管化类器官、类器官芯片）对未来的研究方向进行了展望。
嗅觉对人类生命健康至关重要，嗅觉功能障碍不仅影响生活质量，还是阿尔茨海默病、帕金森病等多种神经退行性疾病的早期预警信号。传统的2D细胞培养模型难以真实再现体内细胞组成、表型、功能及微环境，而3D类器官技术则能更好地模拟原始器官的细胞异质性与功能结构。嗅上皮和鼻黏膜上皮类器官模型的建立，为研究嗅觉上皮的稳态维持与再生机制、慢性鼻窦炎的发病机制以及个体化药物筛选提供了理想平台。
文章首先介绍了类器官模型的两大来源。类器官的概念最早由 smith 和 cochrae 于1946年提出，用于描述囊性畸胎瘤；而现代类器官技术由 hans clevers 团队于2009年建立，他们成功在体外培养了小鼠肠上皮类器官。类器官的初始培养需要干细胞/祖细胞，可以是多能干细胞（pluripotent stem cells, PSCs）或组织特异性干细胞（adult tissue-specific stem cells, ASCs）。
成体组织干细胞来源的类器官主要依赖于上皮细胞的再生更新能力。2009年建立的首个肠类器官即来源于小鼠小肠上皮的ASCs，通过将其嵌入富含细胞外基质的水凝胶并添加特定化学因子混合物而实现。此后，肺、皮肤、口腔黏膜、结肠、肾脏、前列腺及嗅上皮等器官的成体干细胞来源类器官相继被建立。Lgr5（leucine-rich repeat-containing G-protein-coupled receptor 5）作为Wnt信号通路的重要成员，在成体干细胞增殖和干性维持中发挥关键作用，是多种ASCs类器官的关键标志物。Wnt信号通路的激活以及 R-spondin1 作为Wnt信号增强剂，在维持干细胞干性和促进类器官长期扩增中不可或缺。值得注意的是，某些正常成体组织（如胰腺）在稳态下并不含Lgr5+细胞，但在损伤后会出现Lgr5+细胞募集，嗅上皮也存在类似现象。
多能干细胞来源的类器官包括诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells, iPSCs）和胚胎干细胞（embryonic stem cells, ESCs）。iPSCs在特定化学诱导下可分化为多种类器官，如脑类器官、海马体类器官、心脏类器官、视网膜类器官、脊髓类器官、肾脏类器官及皮肤类器官等。然而，目前尚无iPSCs来源的嗅类器官报道。若干研究提示：FGF8、BMP抑制、Wnt抑制、维甲酸抑制及TGFα激活等信号在嗅觉基板形成和嗅觉感觉神经元分化中至关重要，这为未来从iPSCs诱导嗅类器官提供了潜在生长因子候选组合的线索。
嗅上皮是一种假复层柱状上皮，由支持细胞、基底细胞和嗅觉感觉神经元（olfactory sensory neurons, OSNs）等组成。嗅上皮在生命周期中持续更新，这依赖于两类嗅上皮干细胞：有丝分裂活跃的球形基底细胞（globose basal cells, GBCs）和处于静息状态的水平基底细胞（horizontal basal cells, HBCs）。当嗅上皮严重损伤后，HBCs从静息状态激活，产生GBCs并进一步分化为各类嗅上皮细胞。
文章总结了多项嗅上皮干细胞/祖细胞培养方法。p63被认为是HBCs静息与激活的“主控因子”，p63+多能HBCs可在体外培养传代，并形成3D球体结构。通过TNFα处理的HBCs模型，研究者发现慢性炎症通过NF-κB信号通路影响HBCs功能。作者团队在嗅上皮类器官平台的建立与应用方面做出了系统工作：利用基于Matrigel的3D培养体系成功实现了小鼠嗅上皮和人嗅黏膜的克隆扩增；通过药理学激活或抑制Notch信号通路，发现该通路主要影响嗅上皮类器官中衰老诱导的形态学改变、细胞增殖和神经元分化。此外，作者团队利用Lgr5+嗅上皮干细胞建立了3D类器官，发现不同培养条件影响其增殖能力与神经元生成：VPA（组蛋白去乙酰化酶抑制剂）和CHIR99021（Wnt激动剂）诱导最高的Lgr5表达，LY411575（Notch抑制剂）则使OMP+成熟感觉神经元产量最丰富。利用该平台，作者团队还揭示了支持细胞分泌的Chil4（一种类几丁质酶蛋白）通过与炎症交互调控嗅上皮再生，证明了支持细胞对感觉神经元再生的调节作用；并发现TMEM59对嗅上皮类器官中的细胞增殖和神经元生成是必需的。在衰老小鼠嗅上皮类器官中，Egr1过表达可恢复细胞增殖和感觉神经元生成。此外，基质金属蛋白酶与EGFR信号在调控HBC增殖中也发挥重要作用。人类嗅黏膜类器官可表达 LGR5、NCAM1、NGFR、OMP 和 KRT5 等标志基因。
鼻黏膜上皮是鼻部防御的第一道屏障，其紧密连接的破坏会导致固有免疫和适应性免疫的激活。人鼻上皮干细胞和祖细胞（human nasal epithelial stem and progenitor cells, hNESPCs）在鼻黏膜损伤修复中发挥关键作用。慢性鼻窦炎（chronic rhinosinusitis, CRS）是累及鼻黏膜和鼻窦的常见炎症性疾病，根据是否伴有鼻息肉分为伴鼻息肉的慢性鼻窦炎（CRSwNP）和不伴鼻息肉的慢性鼻窦炎（CRSsNP）两种亚型。
目前，气液界面（air-liquid interface, ALI）培养技术被广泛用于CRS发病机制研究。ALI培养可形成假复层纤毛柱状上皮，多个研究团队利用该模型研究了维生素D对流感H1N1病毒和金黄色葡萄球菌感染的防御作用、不同鼻腔冲洗液对黏膜纤毛和屏障功能的影响，以及多种炎症因子在CRS发病中的作用，如IL-13Rα2、TSLP-IL33-Th2环路、BMP-2、TLR2、Wnt/β-catenin信号通路等。
相比2D培养，3D类器官在复制原始组织复杂性方面更具优势。ramezanpour等人从CRS患者下鼻甲表面获取原代hNECs，成功培养了鼻上皮类器官，并构建了可冻存复苏的患者个体类器官生物库，为药物筛选和个体化治疗奠定基础。dobzanski等人发现CRSwNP患者的鼻窦成纤维细胞与鼻上皮类器官共培养会改变上皮细胞形态并增加集落形成效率，提示成纤维细胞与上皮细胞间的异常互作及Wnt信号通路失调可能参与CRSwNP的发病。xu等人利用CRSwNP患者鼻息肉组织构建了外植体类器官模型，发现crocin通过阻断NF-κB信号通路抑制ILC2活化介导的鼻部炎症。鼻上皮类器官特别是来源于CRS患者的类器官，将有助于揭示CRS发病机制并推动个体化精准治疗。
血管化类器官 是类器官技术的重要改进方向。血流和组织灌注对器官发育及功能至关重要，构建含血管网络的类器官有助于实现临床前应用和移植后的长期存活。目前已有血管化脑类器官、心脏类器官、视网膜类器官、肾脏类器官及肝脏类器官等被成功建立，其中包含类血脑屏障结构、功能性血管系统及神经突触连接等。
类器官芯片（organoid-on-chip） 整合了器官芯片和类器官技术的优势，通过微流控装置模拟体内流体剪切力、机械环境及生理性低氧等条件，提高了类器官培养的一致性和可控性。该技术可用于高通量药物筛选、疾病建模、器官间互作研究及基因编辑与移植治疗。例如，肝细胞癌类器官芯片模拟了肿瘤微环境并用于免疫治疗策略的高通量筛选；小鼠肠类器官芯片模拟了损伤肠道中的氧动态并发现潜在疗法；人肾脏类器官芯片复制了肾脏的剪切应力并对肾毒性药物更敏感。此外，多器官联动的芯片平台（如心-肺-肝模型、六器官模型）能够模拟器官间的药物代谢与毒性传递，为精准医疗提供了强大工具。
本综述系统梳理了鼻与嗅上皮类器官领域的研究进展，指出了该技术平台在嗅觉障碍和CRS等鼻部疾病发病机制研究、药物筛选及个体化医疗中的巨大潜力。文章强调，尽管现有类器官模型尚未完全替代动物模型，但其在降低经济成本、提高操作便利性、减少动物使用及加速机制研究方面具有不可替代的优势。未来的主要方向包括将血管化和芯片技术与鼻黏膜类器官相结合，以更真实地模拟鼻黏膜的生理微环境；建立不同组织器官类器官间的相互作用模型；减少类器官之间的变异性，推动大规模、均一化、标准化的类器官培养体系的建立。这些研究有望为理解人类鼻上皮的发育、功能及相关疾病开辟全新路径。