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标题：功能性甲状腺类器官——基础与转化研究中的强大干细胞衍生模型
作者与机构
本文由Meghna Parakkal Shankar、Alessandra Boggian、Daniela Aparicio-Quiñonez等作者合作完成，均来自比利时布鲁塞尔自由大学Jacques-Dumont分子人类生物学跨学科研究所（Université Libre de Bruxelles）。论文于2025年5月21日发表在期刊《Biomolecules》（2025年第15卷，第747页），采用知识共享许可协议（CC BY 4.0）开放获取。
主题与背景
本文综述了甲状腺类器官（thyroid organoids）作为三维体外模型在甲状腺发育、功能及疾病机制研究中的应用进展。甲状腺作为人体最大的内分泌腺体，其功能障碍会导致先天性甲状腺功能减退症（congenital hypothyroidism, CH）、自身免疫性疾病（如格雷夫斯病和桥本甲状腺炎）等。传统二维培养模型无法模拟甲状腺滤泡结构和激素合成功能，而类器官技术通过干细胞定向分化或组织来源的祖细胞培养，实现了对甲状腺生理和病理的高度模拟。
主要观点与论据
1. 甲状腺类器官的生成方法
甲状腺类器官可通过两种途径生成：
- 多能干细胞（PSCs）定向分化：通过激活Wnt、BMP、FGF等信号通路模拟胚胎发育过程，结合转录因子（如NKX2-1和PAX8）过表达，诱导甲状腺前体细胞形成。例如，Antonica等（2012）通过小鼠胚胎干细胞（mESCs）过表达NKX2-1/PAX8，成功生成功能性甲状腺类器官，移植后能恢复甲状腺功能减退小鼠的激素水平。
- 组织来源的祖细胞培养：成人或胎儿甲状腺组织经消化后，在含TSH（thyroid-stimulating hormone）的培养基中形成类器官。Van der Vaart等（2021）证明此类类器官可模拟格雷夫斯病的甲状腺激素过度分泌。
支持证据：
- 表1总结了不同研究中PSCs分化效率（如NKX2-1+细胞占比4.9%~35%）和功能成熟度（如T4检测阳性率）。
- 单细胞RNA测序（scRNA-seq）揭示类器官中甲状腺与心血管细胞的相互作用，验证了BMP/FGF信号对甲状腺分化的调控作用。
2. 类器官在疾病建模中的应用
先天性甲状腺功能减退（CH）：
- 甲状腺发育不全（thyroid dysgenesis, TD）：通过CRISPR/Cas9构建FOXE1或NKX2-1基因敲除类器官，模拟患者甲状腺缺失表型。例如，FOXE1缺失导致类器官滤泡结构减少和碘化甲状腺球蛋白（thyroglobulin, TG）合成障碍。
- 激素合成障碍：NRF2基因敲除类器官无法合成甲状腺激素，与临床患者表型一致。
自身免疫性疾病：
- Van der Vaart等（2021）用格雷夫斯病患者血清刺激类器官，观察到TSH受体抗体介导的激素过度分泌，但缺乏免疫细胞共培养限制了模型完整性。
支持证据：
- Kurmann等（2015）利用患者来源iPSCs生成NKX2-1单倍体不足类器官，重现了脑-肺-甲状腺综合征的低激素分泌特征。
- 图2展示了不同突变类器官在发育各阶段的表型差异。
3. 类器官在毒理学与个性化医疗中的潜力
内分泌干扰物（EDCs）研究：
- Carvalho等（2023）开发“甲状腺芯片”（organ-on-a-chip）模型，证明苯并[k]荧蒽（BkF）通过芳香烃受体通路干扰甲状腺转录组。
- Nazzari等（2024）发现多氯联苯PCB153在性别特异性激素环境下降低TG表达。
再生医学应用：
- Romitti等（2022）将人ESC来源类器官移植至甲状腺切除小鼠肾包膜下，5周后检测到T3/T4水平恢复，血管化组织证实激素释放至血液循环。
支持证据：
- 动态培养系统使T4分泌效率从静态培养的1%提升至50%，凸显微流体技术对营养供给的优化作用。
4. 技术挑战与未来方向
当前局限：
- 分化效率低：部分PSCs分化协议仅4.9%细胞共表达NKX2-1/PAX8。
- 功能异质性：移植后仅8%~33%滤泡结构分泌T4（Ogundipe等，2021）。
- 免疫排斥风险：需开发HLA（human leucocyte antigen）基因编辑或患者特异性iPSCs方案。
优化策略：
- 无血清培养基、自动化生物反应器提高标准化；
- 生物相容性材料（如藻酸盐）封装类器官以促进移植存活。
论文价值与意义
1. 科学价值：系统总结了甲状腺类器官在模拟发育、疾病机制和药物筛选中的多重作用，填补了传统模型与体内研究的鸿沟。
2. 应用前景：为先天性甲状腺功能减退的细胞治疗提供潜在方案，并推动个性化药物测试平台发展。
3. 创新点：首次整合类器官芯片技术与EDCs研究，提出性别特异性激素环境影响毒物敏感性的新观点。
亮点
- 多能干细胞与组织来源类器官的生成协议对比；
- 移植模型中血管化与激素分泌的因果关系验证；
- 甲状腺自身免疫疾病模型的局限性及改进方向。
总结
本文通过详实的实验数据与案例，确立了甲状腺类器官作为基础研究与临床转化的桥梁地位，同时明确了技术瓶颈与解决方案，为后续研究提供了方法论指导。