Nature Genetics：空间分析确定肾脏微环境和预后特征

肾脏是人体内的重要器官。它每天过滤超过140升的血浆，重吸收营养物质，并排出毒素，以维持体内环境。然而，肾脏也有着复杂的三维结构，包含30多种特化的细胞类型，但这些细胞在健康和病变状态下如何排布，目前仍不大清楚。

宾夕法尼亚大学领导的研究团队近日鉴定了肾脏内的细胞类型，并确定了它们在组织中的位置。他们还描述了肾脏微环境的特征以及与慢性肾脏病（CKD）相关的微环境变化。

这篇题为“Single-cell multi-omic and spatial profiling of human kidneys implicates the fibrotic microenvironment in kidney disease progression”的文章于7月24日发表在《Nature Genetics》杂志上。

通讯作者、宾夕法尼亚大学Penn/CHOP肾脏创新中心主任Katalin Susztak及其同事在文中写道：“我们提供了一份全面的人类肾脏和纤维化过程的空间分子路线图，证明了空间转录组学的临床实用性。”

研究人员使用了10x Genomics的Chromium Next GEM技术进行单细胞和单细胞核RNA-seq以及单细胞ATAC-seq分析，并使用了NanoString的CosMx平台进行空间分析。他们对来自81份肾脏样本的33.8万个细胞或细胞核进行分析，绘制了个体肾脏微环境中不同区域的分子和细胞特征。

这些样本共分为两组：健康对照组（36份）以及慢性肾病组（45份），包括20份糖尿病肾病样本和25份高血压肾病样本。样本来自58名参与者，平均年龄为64.1岁，并提供了相应的临床和组织学数据。

Susztak称：“一般来说，肾脏活检是通过染色法进行的，病理学家可根据细胞形态进行约25种疾病的诊断。然而，肾脏非常复杂，由30多种不同的细胞类型组成，这些细胞发生动态变化和相互作用，尤其是在疾病状态下。”

为了深入研究这种复杂性，研究团队分析了单个细胞的基因表达和染色质模式，以及肾脏精准医疗计划等已发表的单细胞数据，这使得他们研究的单细胞总数接近70万个。

通过空间信息数据集和无偏解卷积分析，研究人员定义了四种肾脏微环境，分别对应于免疫、纤维化、肾小球和肾小管区域。他们探索了基因表达变化与肾脏疾病的关系。

例如，当他们将这些微环境区域中发现的特征与肾脏疾病相关联时，他们发现纤维化微环境的表达变化与糖尿病肾病等疾病相关，同时提供了潜在的预后线索，反映慢性肾病进展到终末期肾病。

“我们的结果表明，纤维化微环境中的基因表达模式大大增强了疾病预测能力，比传统的病理学方法表现更佳，尤其是在疾病进展的早期阶段，” Susztak解释说，并指出这一发现“为更准确的疾病预测和分子靶点的鉴定带来了希望。”

总的来说，研究人员绘制了一份空间分辨率的人类肾脏细胞图谱，描述了纤维化微环境的特征，并指出它有望作为具有临床意义的疾病预后标志物。这项研究展示了空间转录组学分析在复杂疾病研究中的应用。