KI | 北京中医药大学徐安龙团队通过肾小球壁层上皮细胞单细胞亚群异质性分析揭示了足细胞再生和新月体形成的机制

肾小球壁层上皮细胞（parietal epithelial cells, PECs）是一种位于肾小囊基底膜上、以鳞状上皮样细胞为主的单层上皮细胞。PECs之间通过紧密连接形成了肾小球滤过结构的第二道屏障，衔接了肾小球和肾小管，使得肾小球产生的原尿可顺利转运至肾小管中[1,2]。PECs作为根据解剖学定位而命名的细胞类型，其异质性逐渐受到广泛关注，研究发现：①PECs中可能存在具有足细胞特征的亚群，位于肾小球的血极，并且具有向足细胞分化的能力[3-6]；②PECs中可能存在可向肾小管上皮细胞分化的亚群，可能位于肾小球尿极[7,8]；③PECs的亚群在细胞性和塌陷性的肾小球局灶节段性硬化和新月体肾小球肾炎中会出现致病性增殖，促进肾小球功能恶化[9]。目前已发现PECs存在细胞形态和标志蛋白表达的异质性[5]，但这些基于形态和标志物的分类方式并不能完全反映功能上的差异，当前对于PECs的亚群认识还比较表浅。

2023年4月23日，北京中医药大学徐安龙课题组题为“Single cell landscape of parietal epithelial cells in healthy and diseased states”的研究论文在线发表于肾脏病权威期刊Kidney International ，该研究首次建立了肾小球PECs的单细胞图谱并分析了PECs的亚群组成及其生物学功能，深入探讨了PECs的不同亚群在肾小球足细胞损伤修复和肾小球新月体形成中的作用。基于单细胞分析，该研究进一步筛选出了干预肾小球新月体形成的靶点蛋白Mif和Csf1r，并使用靶向抑制剂咖啡酸和Sotuletinib验证了其抑制小鼠新月体肾小球形成的效果，为新月体肾小球肾炎的临床治疗提供了新思路。

图1：肾小球PECs的亚群特征

在此项研究中，作者基于已发表的小鼠肾小球单细胞转录组测序数据对PECs进行了细致的亚群分析，把小鼠PECs分为5个单细胞亚群，分别命名为PEC-A1、PEC-A2、PEC-A3、PEC-A4和PEC-B。PEC-A1和PEC-A2是主要参与足细胞再生的PEC亚群，即足细胞祖细胞，PEC-A1的特征是同时表达常见PECs标志基因和足细胞标志基因（如Wt1、Nphs2等），PEC-A2则以表达PECs标志基因为主（如Cldn1、Pax2等）。PEC-A3高表达Cd44，仅在新月体肾小球肾炎中存在，其特征是具有高度的增殖活性。PEC-A4是参与肾小管上皮细胞再生的祖细胞亚群。PEC-B的特征是具有很强的胞外基质合成分泌能力，在多种肾小球损伤类型中均占比升高，提示其可能参与了多种肾小球损伤。

图2：肾小球足细胞、PEC亚群和肾小管上皮细胞亚群的谱系转换特征

PECs的足细胞再生是层次递进的，即PEC-A2分化为PEC-A1后再分化为足细胞。Wt1在PEC-A2向PEC-A1的分化中发挥了促进作用。在未成熟肾小球（3周龄小鼠）中PEC-A1和A2具有更强的迁移能力和上皮细胞分化潜能。而成熟肾小球中的足细胞会释放Cxcl12、Il34、Mif、Pros1这4种可能具有抑制PECs分化能力的信号分子作用于PEC-A1和PEC-A2。PECs中的足细胞祖细胞随着肾小球发育会逐渐失去迁移和分化能力，并且会被足细胞释放的信号抑制其向足细胞的分化。

图3：新月体肾小球肾炎的PECs活化、增殖机制及干预策略

PEC-A3仅在新月体肾小球肾炎小鼠模型中存在，是病理性的PEC亚群，具有很强的增殖能力。PEC-A3由部分PEC-A4和PEC-A2受到致病性信号刺激后转化而来，是形成细胞性新月体的主要PEC亚群。在新月体肾小球肾炎小鼠中，损伤刺激导致足细胞释放Mif、Il34、Cxcl12、Csf1和Tgfb2等信号分子，这些分子作用于正常的PEC亚群（PEC-A4和PEC-A2），诱导PEC-A3的出现。基于上述分析，该研究确立了Mif和Csf1r信号在新月体肾小球肾炎的关键作用，并进一步检测了Mif和Csf1r的抑制剂（咖啡酸和Sotuletinib）对新月体肾小球肾炎小鼠干预效果，结果表明，干预上游关键致病性信号可显著抑制PECs的活化和新月体肾小球的形成。

综上所述，这项工作将单细胞转录组分析和动物实验相结合，鉴定了肾小球PECs在健康和疾病状态下的亚群组成，对PECs在足细胞分化和新月体形成中的功能以及相应的干预靶点进行了分析和验证。该研究进一步明确了PECs的细胞生物学功能，加深了对以足细胞损伤和PECs增殖为主要特征的肾小球疾病发病机制的认识，为开发肾小球疾病的临床治疗策略提供了重要参考。

原文链接：

https://www.kidney-international.org/article/S0085-2538(23)00267-3/fulltext

转自：“iNature”微信公众号

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