研究整合了來自不同年齡、疾病背景和病程的小鼠腎小球單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)（GSE146912），經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量控制和批次效應(yīng)校正，通過無監(jiān)督聚類獲得了29個(gè)細(xì)胞亞群。利用經(jīng)典腎臟細(xì)胞標(biāo)志物，鑒定并表征了主要由腎小球細(xì)胞組成的細(xì)胞亞群，包括足細(xì)胞 (PODs)、系膜細(xì)胞 (MCs)、內(nèi)皮細(xì)胞 (gECs) 和壁層上皮細(xì)胞 (PECs)。本數(shù)據(jù)集捕獲了相當(dāng)數(shù)量的腎小球相關(guān)細(xì)胞亞群，為后續(xù)分析提供了可能。

研究人員系統(tǒng)分析了主要腎臟疾�。ㄈ缇衷罟�(jié)段性腎小球硬化-FSGS、糖尿病腎病-DN、狼瘡腎炎-LN、IgA腎病-IgAN）的全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）鑒定的易感基因在不同腎細(xì)胞亞型中的表達(dá)譜。結(jié)果顯示，F(xiàn)SGS相關(guān)基因主要在腎小球細(xì)胞內(nèi)高表達(dá)，尤其是在PODs、PECs和MCs中，但對(duì)gECs、腎小球外內(nèi)皮細(xì)胞或各種免疫細(xì)胞影響甚微。DN相關(guān)基因在不同腎細(xì)胞亞型中廣泛表達(dá)。LN的致病基因在PODs中表達(dá)不顯著，但主要富集于MCs和巨噬細(xì)胞相關(guān)亞群。相比之下，IgAN相關(guān)基因在gECs、腎小球外內(nèi)皮細(xì)胞和免疫細(xì)胞中廣泛活躍，但在其他固有腎小球細(xì)胞中表達(dá)有限。

值得注意的是，研究在17號(hào)簇（pro_EC）中發(fā)現(xiàn)了多種疾病相關(guān)分子的高表達(dá)。該亞群表達(dá)gEC標(biāo)志物（如Sost、Ehd3）以及特征性的增殖相關(guān)分子（如Top2a、Stmn1），提示腎小球內(nèi)存在一個(gè)獨(dú)特的增殖性gEC群體，可能在疾病發(fā)病機(jī)制中起關(guān)鍵作用。

鑒于足細(xì)胞 (POD) 和壁層上皮細(xì)胞 (PEC) 損傷在蛋白尿發(fā)病機(jī)制中的關(guān)鍵作用，研究人員對(duì)這些群體進(jìn)行了整合重聚類分析，鑒定出13個(gè)不同的亞群�；�于特征性基因表達(dá)譜，鑒定出兩個(gè)PEC亞群（PEC_1和PEC_2）。值得注意的是，PEC_1包含來自健康和患病小鼠的細(xì)胞，而PEC_2群體主要由疾病組貢獻(xiàn)。

不同的損傷足細(xì)胞亞群在不同的疾病模型中浮現(xiàn)。這些簇表現(xiàn)出獨(dú)特的分子特征、疾病來源、轉(zhuǎn)錄因子活性和功能富集。POD_Injury_1存在于多種疾病模型中，高表達(dá)Tagln、Cxcl1、Crct1、Angptl7、Tgfb2和Flna，提示這是一種在不同腎病中共享的常見損傷反應(yīng)特征。相比之下，簇2高表達(dá)Endou、Cd200、Lgmn、Il18、Dmpk和Spon2，且?guī)缀跬耆珌碓从?i>ob/ob小鼠，因此將其注釋為POD_ob。同樣，簇11主要來源于阿霉素（ADR）處理的小鼠，基于Selenbp1、Lpar1、S100a8、S100a9和Sult1a1的高表達(dá)，被命名為POD_ADR。轉(zhuǎn)錄因子分析顯示，POD_ob特異性表達(dá)Churc1、Sp2、Dbp、Foxc2、Mafb和E2f1，而POD_Injury_1和POD_Injury_2均上調(diào)Bcl3、Rela、Fosl1和Nfkb2。POD_ADR則以高表達(dá)Cebpd為特征。基因本體（GO）分析表明，POD_Injury_1和POD_ob均富集于與細(xì)胞骨架和肌動(dòng)蛋白絲組織相關(guān)的條目。而POD_ADR主要參與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)、蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和分泌、平滑肌細(xì)胞遷移以及凋亡信號(hào)通路。

為了識(shí)別共同的損傷機(jī)制，研究人員比較了疾病組和對(duì)照組之間足細(xì)胞亞群的轉(zhuǎn)錄譜，量化了差異表達(dá)基因（DEGs）。在不同年齡組和5天腎炎時(shí)間點(diǎn)，POD_AP1中鑒定出大量DEGs。此外，POD_1、POD_2和POD_3在衰老、糖尿病和腎炎條件下也表現(xiàn)出大量DEGs。值得注意的是，作為足細(xì)胞群主要組成部分的POD_1，隨著年齡增長顯著下調(diào)AP-1相關(guān)分子（如Fos、Junb、Jun、Fosb、Atf3）。在腎炎狀態(tài)下，Spp1和Cebpb顯著上調(diào)。足細(xì)胞亞群的偽時(shí)序分析將其分布在五個(gè)不同的狀態(tài)，大多數(shù)損傷相關(guān)亞群聚集在狀態(tài)5。GO分析顯示，狀態(tài)5主要與細(xì)胞-基質(zhì)相互作用、肌動(dòng)蛋白絲組裝和組織、傷口愈合、心臟和肌肉組織形態(tài)發(fā)生、T細(xì)胞活化正調(diào)控以及白細(xì)胞-細(xì)胞黏附正調(diào)控相關(guān)。關(guān)鍵損傷相關(guān)基因，包括Tagln、Cald1、Tagln2、Gpx3、Press23和Lgals1，也主要在該狀態(tài)中高表達(dá)。這些特征表明，狀態(tài)5很可能代表了一種特征性的損傷或修復(fù)狀態(tài)，涉及足細(xì)胞損傷后的反應(yīng)、重塑和免疫調(diào)節(jié)過程。值得注意的是，腎組織免疫熒光染色證實(shí)了Wt1和S100a8在ADR小鼠中的共表達(dá)，表明在該疾病模型中部分足細(xì)胞高表達(dá)S100a8。

系膜細(xì)胞 (MCs) 對(duì)于維持腎小球結(jié)構(gòu)完整性、調(diào)節(jié)濾過率、合成或降解細(xì)胞外基質(zhì) (ECM) 以及產(chǎn)生各種細(xì)胞因子和生物活性分子至關(guān)重要。研究人員對(duì)MCs進(jìn)行了重聚類分析，鑒定出13個(gè)不同的亞簇，并根據(jù)其特征性基因表達(dá)譜進(jìn)行了注釋。其中，重點(diǎn)關(guān)注了主要來源于多個(gè)疾病組的簇1，注釋為Mes_Injury。該亞群高表達(dá)Cxcl1、Egr1、Hspa1b、Socs3和Dnaib1。值得注意的是，研究鑒定出幾個(gè)疾病特異性的MC亞簇——簇3、11和12，它們?cè)?i>ob/ob小鼠中顯著擴(kuò)增。具體來說，Mes_ob_1（簇3）表現(xiàn)出與其他MCs不同的轉(zhuǎn)錄組，并在UMAP可視化中表現(xiàn)為離群點(diǎn)。其特征是高表達(dá)Aldh1a2、Thbs1、Fbln5、Cdh11和Loxl2。轉(zhuǎn)錄因子分析顯示，Mes_Injury高表達(dá)Fos、Junb、Xbp1和Cebpb，而所有來源于ob/ob小鼠的MCs共享Dbp和Prrx2的高表達(dá)。Mes_ob_1獨(dú)特地表達(dá)Mbd2、Spi1和Pura。功能上，GO富集分析表明，Mes_Injury主要與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)調(diào)節(jié)和應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)，而Mes_ob_1則更富集于與細(xì)胞遷移、組織修復(fù)和細(xì)胞-基質(zhì)相互作用相關(guān)的過程。所有MC亞簇的偽時(shí)序軌跡分析顯示，來源于ob/ob小鼠的MCs集中在狀態(tài)3，其中富集的基因在功能上與抗原呈遞、免疫反應(yīng)、上皮細(xì)胞增殖調(diào)控以及細(xì)胞投射組織負(fù)調(diào)控相關(guān)。

腎小球內(nèi)皮細(xì)胞 (gECs) 對(duì)于維持濾過屏障完整性、調(diào)節(jié)分子交換、平衡凝血與抗凝以及提供結(jié)構(gòu)支持至關(guān)重要。其損傷會(huì)導(dǎo)致通透性增加（引起血尿和蛋白尿）和微血栓形成，從而加速腎臟疾病進(jìn)展。研究人員對(duì)gECs進(jìn)行了重聚類，鑒定了18個(gè)亞簇，其中包括9個(gè)具有獨(dú)特轉(zhuǎn)錄譜的不同亞群。值得注意的是，gECs的異質(zhì)性并非主要由特定疾病背景驅(qū)動(dòng)。然而，簇9是個(gè)例外，主要來源于多個(gè)疾病組。研究人員將簇9注釋為gEC_Injury，確定其為潛在的共同損傷特異性亞群。gEC_Injury亞群的特征是高表達(dá)Apln、Mir147、Pgf、Actn1、Ercc和Procr。定義該簇的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子包括Fosl、Tead4和Relb，它們是細(xì)胞增殖、遷移、免疫反應(yīng)和組織修復(fù)的已知調(diào)節(jié)因子。與此分子特征一致，GO分析表明gEC_Injury在功能上富集于與細(xì)胞遷移、細(xì)胞骨架調(diào)節(jié)、免疫反應(yīng)以及血管生成和血管發(fā)育相關(guān)的過程。

轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析顯示，在腎炎和ADR條件下，gEC_1、gEC_2、gEC_3、gEC_4和gEC_6中存在顯著的差異基因表達(dá)，且主要表現(xiàn)為轉(zhuǎn)錄上調(diào)。其中，gEC_1和gEC_2的變化最為明顯。觀察到這兩個(gè)亞群的疾病特異性反應(yīng)：gEC_1在5天腎炎模型中顯著上調(diào)Spp1、Sparc和Mgp，而gEC_2的特征是在ADR模型中Lrg1、S100a8、Fabp4、Serpine2和Ch25h的表達(dá)升高。偽時(shí)序軌跡分析進(jìn)一步描繪了損傷相關(guān)狀態(tài)。狀態(tài)9主要由來自疾病組的細(xì)胞組成，是gEC_Injury亞群的主要分布區(qū)。狀態(tài)10也主要由疾病來源的細(xì)胞組成，其中ADR模型是主要貢獻(xiàn)者。功能表征顯示，狀態(tài)9在膠原合成與代謝、炎癥反應(yīng)、血管生成以及對(duì)細(xì)菌來源分子的反應(yīng)等生物過程方面顯著富集。相比之下，狀態(tài)10主要與細(xì)胞對(duì)白細(xì)胞介素-17和趨化因子的反應(yīng)、趨化因子介導(dǎo)的信號(hào)通路、無機(jī)化合物解毒以及對(duì)金屬離子和無機(jī)物質(zhì)的反應(yīng)相關(guān)。此外，涉及細(xì)胞應(yīng)激、免疫反應(yīng)、增殖和分化的關(guān)鍵基因——包括Socs3、Nfkbia、Atf3和Icam1——在狀態(tài)9和狀態(tài)10中均高表達(dá)。

研究人員分析了疾病條件下腎小球細(xì)胞亞群與其他細(xì)胞類型之間的相互作用，發(fā)現(xiàn)系膜細(xì)胞與其他細(xì)胞亞群表現(xiàn)出特別突出的配體-受體關(guān)系。值得注意的是，觀察到VISFATIN介導(dǎo)的配體-受體相互作用主要存在于Mes_injury和Pod_injury_1亞群之間。這表明來自系膜細(xì)胞的細(xì)胞外NAMPT可能直接或間接結(jié)合并激活足細(xì)胞上的Toll樣受體4（TLR4）。已知升高的Visfatin可通過TLR4/NF-κB通路促進(jìn)慢性炎癥。與之前的研究一致，先前報(bào)道顯示系膜細(xì)胞在損傷后可能上調(diào)Cxcl1的表達(dá)。此外，在其他損傷的足細(xì)胞亞群中也檢測(cè)到高表達(dá)的Cxcl1。這可能代表了系膜細(xì)胞和足細(xì)胞共同促進(jìn)CXCR₂高表達(dá)的中性粒細(xì)胞在腎小球疾病中浸潤的一種共享機(jī)制。損傷的足細(xì)胞也可能通過CADM、CXCL和MIF途徑招募巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞。在腎小球細(xì)胞類型中，Mif在損傷條件下主要在Pod_injury_1中上調(diào)，而其受體——Cd74、Cd44和Cxcr4——在巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和Pod_Und亞群中高表達(dá)。現(xiàn)有證據(jù)支持MIF信號(hào)在炎癥募集中的關(guān)鍵作用。最近的研究表明，MIF-CD44相互作用可能有助于壁層上皮細(xì)胞損傷和局灶節(jié)段性腎小球硬化的發(fā)展。研究結(jié)果表明，這可能代表了多種疾病背景下足細(xì)胞損傷后腎小球炎癥募集的廣泛機(jī)制。

隨著越來越多的腎臟疾病被發(fā)現(xiàn)具有遺傳因素，以及FSGS、IgAN和DN等疾病易感基因的逐漸確定，探索腎臟疾病的分子機(jī)制引起了強(qiáng)烈興趣。在分子水平上深入分析不同病理和生理?xiàng)l件下腎小球細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄譜特征，有望徹底改變傳統(tǒng)的診斷策略，并為腎臟疾病的治療開辟新途徑。因此，研究人員使用單細(xì)胞RNA測(cè)序 (scRNA-seq) 來表征腎小球細(xì)胞，并進(jìn)一步識(shí)別病理?xiàng)l件下的特征性細(xì)胞狀態(tài)變化。整合基因組學(xué)的見解發(fā)現(xiàn)，不同腎小球疾病的易感基因富集于不同的細(xì)胞類型。具體而言，F(xiàn)SGS相關(guān)基因主要在足細(xì)胞和系膜細(xì)胞中高表達(dá)，而DN相關(guān)基因則缺乏這種細(xì)胞類型特異性富集。這些發(fā)現(xiàn)表明，不同腎小球疾病的主要靶點(diǎn)——或最初受損的細(xì)胞類型——可能存在顯著差異。

迄今為止，對(duì)腎小球基因表達(dá)的研究幾乎都是在細(xì)胞群體水平而非單細(xì)胞水平進(jìn)行的。因此，尚不清楚腎小球細(xì)胞內(nèi)是否存在細(xì)胞異質(zhì)性。為了解決這個(gè)基本問題，研究人員對(duì)11,637個(gè)足細(xì)胞、21,174個(gè)腎小球內(nèi)皮細(xì)胞和36,759個(gè)系膜細(xì)胞進(jìn)行了重聚類分析，系統(tǒng)描繪了疾病條件下腎小球細(xì)胞亞群的分子改變。值得注意的是，研究發(fā)現(xiàn)了不同病理背景下共享的和疾病特異性的分子特征。在足細(xì)胞內(nèi)，出現(xiàn)了一個(gè)共享的損傷亞群，其特征是與肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架組織相關(guān)，并高表達(dá)Tagln、Cxcl1、Crct1、Angptl7、Tgfb2和Flna。由Tagln編碼的Transgelin是一種肌動(dòng)蛋白結(jié)合蛋白，調(diào)節(jié)肌動(dòng)蛋白聚合、成束或交聯(lián)。先前的研究表明，天冬酰胺內(nèi)肽酶、環(huán)孢素A和Smad3抑制劑SIS3可以通過抑制或切割Transgelin來保護(hù)足細(xì)胞并減少蛋白尿。此外，LPS和血清白蛋白 (SA) 顯著上調(diào)足細(xì)胞中CXCL1的表達(dá)。相比之下，也觀察到了疾病特異性的足細(xì)胞亞群：一個(gè)ADR誘導(dǎo)的簇高表達(dá)Selenbp1、Lpar1、S100a8、S100a9和Sult1a1，以及一個(gè)特異性富集Endou、Cd200、Lgmn、Il18、Dmpk和Spon2的ob/ob特異性簇。足細(xì)胞是終末分化的上皮細(xì)胞。S100a8通常與S100a9形成異二聚體，稱為鈣衛(wèi)蛋白。為了給解釋這些發(fā)現(xiàn)提供堅(jiān)實(shí)的細(xì)胞背景，研究人員將驗(yàn)證重點(diǎn)放在WT1陽性的足細(xì)胞上，因?yàn)樗�具有特異性和保守性。S100a8在WT1陽性細(xì)胞中的共表達(dá)直接證明了這些足細(xì)胞本身處于激活或損傷狀態(tài)。S100a8/S100a9異二聚體可以釋放到細(xì)胞外空間，與TLR4和RAGE等受體結(jié)合，激活鄰近的足細(xì)胞、腎小管上皮細(xì)胞和浸潤的免疫細(xì)胞。這些亞群之間的轉(zhuǎn)錄因子（TF）活性也存在顯著差異。例如，損傷的足細(xì)胞表現(xiàn)出Bcl3、Rela、Fosl1和Nfkb2等TF的激活，為了解足細(xì)胞損傷期間的上游調(diào)控事件提供了更深入的見解。AP-1通路似乎在足細(xì)胞中發(fā)揮著雙重且依賴于背景的作用：它在成熟過程中下調(diào)（如在12周齡與3周齡小鼠中所見），并可能在低穩(wěn)態(tài)水平上支持分化狀態(tài)，但其在疾病相關(guān)的POD-AP1亞群中的持續(xù)高水平激活與去分化和損傷密切相關(guān)。

在糖尿病條件下，系膜細(xì)胞經(jīng)歷了獨(dú)特的轉(zhuǎn)錄重編程，并產(chǎn)生了一個(gè)獨(dú)特的亞群，其特征是高表達(dá)Aldh1a2、Thbs1、Fbln5、Cdh11和Loxl2。ALDH1A₂是視黃酸 (RA) 合成中的限速酶，對(duì)腎臟發(fā)育至關(guān)重要，并催化視黃醇氧化為RA。RA代謝失調(diào)被認(rèn)為是糖尿病腎病 (DN) 的一個(gè)關(guān)鍵致病因素。由DBP編碼的D位點(diǎn)結(jié)合蛋白（DBP）調(diào)節(jié)視黃醇代謝和TGF-β₁信號(hào)傳導(dǎo)。數(shù)據(jù)顯示，在DN的該特定系膜細(xì)胞亞群中DBP高度激活，表明DBP可能驅(qū)動(dòng)視黃醇代謝失調(diào)，這反映在升高的Aldh1a2表達(dá)上。由Thbs1編碼的THBS1與多種細(xì)胞外基質(zhì) (ECM) 成分相互作用——包括膠原蛋白V和VII、纖維蛋白原、jagged1、層粘連蛋白、MMP-2、MMP-9、TGF-β、CD36和血管性血友病因子——所有這些都與系膜ECM穩(wěn)態(tài)密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)Thbs1是DN系膜細(xì)胞中的一個(gè)樞紐基因。此外，Fbln5、CDH11和Loxl2都與ECM調(diào)節(jié)和纖維化過程有密切聯(lián)系。研究還觀察到轉(zhuǎn)錄因子Prrx2在DN系膜細(xì)胞中的激活，這可能進(jìn)一步加強(qiáng)TGF-β介導(dǎo)的纖維化信號(hào)傳導(dǎo)�？傊�，這些發(fā)現(xiàn)表明DN中的系膜細(xì)胞獲得了一種明顯的促纖維化、基質(zhì)分泌表型。此外，與之前的報(bào)告一致，研究證實(shí)損傷的系膜細(xì)胞高表達(dá)Cxcl1。偽時(shí)序分析進(jìn)一步揭示，來自ob/ob小鼠的系膜細(xì)胞富含抗原呈遞相關(guān)功能。這些結(jié)果意味著在疾病狀態(tài)下，系膜細(xì)胞可能具有免疫調(diào)節(jié)特性，并與免疫細(xì)胞進(jìn)行主動(dòng)的相互作用。

與足細(xì)胞和系膜細(xì)胞相反，分析并未揭示不同病理模型中疾病特異性的腎小球內(nèi)皮細(xì)胞 (gEC) 亞群。相反，gECs表現(xiàn)出共同的損傷反應(yīng)，其特征是一個(gè)共享的亞群，高表達(dá)Apln、Mir147、Pgf、Actn1、Ercc1和Procr。由Apln編碼的Apelin是一種內(nèi)源性分泌肽，與孤兒受體APJ (APLNR) 結(jié)合，參與血管舒張、血壓調(diào)節(jié)、心臟收縮力和能量代謝。ACTN1是一種肌動(dòng)蛋白交聯(lián)蛋白，是細(xì)胞中細(xì)胞骨架和收縮裝置的關(guān)鍵組成部分。內(nèi)皮細(xì)胞中肌動(dòng)蛋白絲相關(guān)基因的上調(diào)通常代表對(duì)機(jī)械、化學(xué)或炎癥刺激的適應(yīng)性反應(yīng)。這種反應(yīng)可能起到保護(hù)作用——例如加強(qiáng)屏障功能或促進(jìn)血管生成——但也可能先于或驅(qū)動(dòng)病理過程，包括內(nèi)皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化和血管硬化。

研究存在幾個(gè)局限性。首先，分析僅限于四種不同的疾病模型和健康對(duì)照，未包括ANCA相關(guān)腎小球腎炎等繼發(fā)性腎小球疾病。納入更廣泛的疾病模型（如膜性腎�。┖筒煌�的疾病階段將加強(qiáng)結(jié)論的普適性。其次，研究?jī)H關(guān)注了三種主要的腎小球細(xì)胞類型——足細(xì)胞、系膜細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞，未探索其他相關(guān)群體，如已知與腎小球細(xì)胞密切相互作用的免疫細(xì)胞。第三，研究缺乏對(duì)已識(shí)別關(guān)鍵候選基因的實(shí)驗(yàn)性功能驗(yàn)證。需要獲得性或功能喪失實(shí)驗(yàn)的直接證據(jù)來確認(rèn)它們?cè)诩膊“l(fā)病機(jī)制中的因果關(guān)系，這仍然是未來研究的重要目標(biāo)。最后，納入更多患者來源的樣本對(duì)于更全面地評(píng)估小鼠模型與人類疾病之間的一致性和轉(zhuǎn)化相關(guān)性至關(guān)重要�？偠�言之，該研究生成了一個(gè)全面且標(biāo)準(zhǔn)化的小鼠腎小球單細(xì)胞RNA測(cè)序圖譜。研究證明了細(xì)胞組成變化在驅(qū)動(dòng)廣泛表達(dá)差異中的關(guān)鍵作用，觀察到了細(xì)胞類型特異性基因表達(dá)的變化，并識(shí)別了疾病條件下的損傷模式。這些發(fā)現(xiàn)為理解腎臟疾病提供了重要見解，并為未來旨在理解和治療腎臟疾病的研究奠定了基礎(chǔ)。

腎小球疾病的致病機(jī)制——在不同類型腎小球疾病中共有的和獨(dú)特的——仍未得到充分理解。通過系統(tǒng)比較四種不同的疾病模型和健康對(duì)照，研究揭示了主要細(xì)胞類型中的兩種不同反應(yīng)模式和一種共同反應(yīng)，并闡明了糖尿病腎病中一種新型疾病特異性細(xì)胞亞群的致病作用。