JASN肾小球的单细胞转录组分析

刘云婧责编

鲁毅

肾小球是肾脏的过滤部位，由内皮细胞，足细胞和肾小球系膜细胞以及少量的其他细胞（如壁上皮细胞（PEC）和血管平滑肌细胞（SMC））组成的毛细血管床。肾小球容易受损，因为足细胞再生能力较弱，所以其损伤被认为是不可逆的。尽管肾小球在肾脏功能和疾病中起着关键作用，但由于细胞难以分离，因此在以前的肾脏单细胞RNA测序（scRNA-seq）研究中，肾小球的细胞代表性一直不足。

基于以上，来自美国南旧金山的AndreyS.Shaw团队优化了肾小球的分离方法，并于年7月在JournaloftheAmericanSocietyofNephrology上发表了文章“Single-CellTranscriptomeProfilingoftheKidneyGlomerulusIdentifiesKeyCellTypesandReactionstoInjury”，利用scRNA-seq分析了肾小球中的所有细胞类型，并分析了它们对四种常见肾脏损害的反应。

该团队利用优化后的分离肾小球的方法，每只小鼠可以分离出大概0.5×个细胞，且90%的细胞为活细胞。将分离出的细胞进行scRNA-seq，聚类分析确定了七个不同的细胞簇，并且使用已知标记基因的表达确定了每个簇的细胞类型（图1）。足细胞，内皮细胞和系膜细胞的比例相近，共占总量的90％。并且存在其他细胞类群：血管平滑肌细胞/肾小球旁细胞（SMCs/JGs）（cluster5），免疫细胞（cluster6）和壁上皮细胞（PECs，cluster7）。对内皮细胞亚群进行分析，cluster2中Ehd3的水平较高，而cluster4表达Fbln2，Mgp，Trpv4和Bmx。根据以前的研究[1]，得出结论，cluster2代表毛细血管内皮细胞，cluster4代表来自传入小动脉（AA）和传出小动脉（EA）的小动脉内皮细胞。

图1scRNA-seq揭示了肾小球的主要细胞类型

接下来研究人员用肾毒性血清诱导了小鼠的肾小球肾炎后，分离第1天（蛋白尿高峰）和第5天（基本无蛋白尿）的肾小球，分析后发现第1天的足细胞，肾小球系膜细胞和内皮细胞与其对照组相比发生了大量的基因表达改变。第5天能够观察到足细胞变化已基本恢复正常，而系膜细胞和内皮细胞的转录谱仍继续变化（图2）。

图２肾小球肾炎小鼠中不同细胞对损伤的特异性反应

最后，研究人员对三种肾小球损伤的动物模型（糖尿病肾病、阿霉素诱导的肾病和CD2AP敲除的局灶性节段性肾小球肾炎）进行scRNA-seq，发现：（1）糖尿病小鼠的足细胞和系膜细胞基因表达发生了变化，但内皮细胞无明显改变；（2）阿霉素诱导的肾病小鼠发生损伤后肾小球中性粒细胞的数量显着增加；（3）在局灶性节段性肾小球肾炎中，主要是足细胞和系膜细胞响应损伤（图3）。

图３肾小球细胞对不同类型的损伤表现出不同的反应

综上，本研究使用优化后的肾小球分离方法，对健康小鼠肾小球和四种损伤方式的小鼠肾小球进行了scRNA-seq。与之前的肾小球scRNA-seq研究相比，对肾小球的细胞组成及其对不同损伤的应答有了更全面的认识，可用于鉴定不同的肾小球细胞类型并筛选参与肾小球响应不同损伤的特异性基因。

参考文献：

[1]RodríguezP,HiguerasMA,González-RajalA,AlfrancaA,FierroFernándezM,García-FernándezRA,etal.:Thenon-canonicalNOTCHligandDLK1exhibitsanovelvascularroleasastronginhibitorofangiogenesis.CardiovascRes93:–,

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