OSR1与SIX2在人类肾脏细胞中驱动不同转录程序：对再生与肿瘤发生的双重启示

本研究揭示了肾脏发育关键转录因子OSR1和SIX2在成人肾脏细胞（hAK）中的差异性重编程作用：SIX2过表达可增强细胞增殖与类小管生成能力，并诱导近端向远端肾小管细胞转化；而OSR1虽激活发育性形态发生网络（如Wnt信号通路），却存在诱发恶性转化（如Wilms样肿瘤）的潜在风险，为肾脏再生医学提供重要安全启示。

　　

背景

终末期肾病是全球健康领域的重大挑战，现有治疗手段如透析和肾移植仍十分有限。成人肾脏由于肾发生过程在出生前即终止，关键发育基因沉默导致其再生能力严重受限。因此，通过重新激活发育相关基因以诱导成熟肾脏细胞重编程，成为再生医学领域的重要策略。在肾脏发育过程中，表达OSR1、SIX2、PAX2等转录因子的肾单位祖细胞（NPCs）负责形成功能肾单位。其中，SIX2是维持NPC自我更新和干细胞特性的关键因子，而OSR1则是中胚层模式形成和肾祖细胞特化的早期决定因子。然而，在成人肾脏中诱导发育基因表达也伴随着潜在风险，尤其可能激活异常发育程序导致肿瘤发生，例如儿童最常见的肾脏恶性肿瘤——Wilms肿瘤（WT）就源于分化停滞的胎儿肾脏干细胞。

材料与方法

研究团队从肾癌患者手术切除的癌旁组织中获取了原代成人肾脏细胞（hAK），并通过慢病毒载体分别或共同诱导了OSR1和SIX2的异位表达。实验设置了对照组（未转导细胞及仅表达mCherry荧光报告的细胞）以及过表达SIX2、OSR1和双基因的工程化细胞系（SIX2-hKEpCs、OSR1-hKEpCs、OSR1+SIX2-hKEpCs）。研究综合运用形态学评估、功能实验、体内移植研究以及转录组测序（RNA-seq）分析，系统评估了这些基因的表达对细胞行为及分子表型的影响。

结果

过表达肾脏祖细胞基因诱导不同的形态和转录变化

成功构建的工程化细胞系表现出截然不同的形态特征：SIX2过表达细胞维持了典型的上皮形态，仅表现为略微紧凑的超染色质表型；而OSR1过表达则引发显著形态变化，细胞呈现密集的超染色质形态，并形成类克隆结构，传代后部分细胞出现梭形形态，提示发生上皮-间质转化（EMT），这与肾发生早期阶段的间充质凝聚过程相符。

对增殖与克隆形成能力的不同影响

功能实验表明，SIX2显著增强了成人肾脏细胞的增殖能力，其生长速率是对照组的2.39倍，克隆形成效率提高了2.07倍，这与SIX2在发育中维持肾祖细胞增殖的作用一致。相反，OSR1单独过表达并未显著改变细胞增殖速率，但其与SIX2共表达时则表现出协同效应，增殖速率提高至3.15倍，提示两因子在调控增殖方面存在交互作用。

体内类小管生成能力

通过将工程化细胞皮下移植至免疫缺陷小鼠体内，研究人员评估了其类小管生成能力。结果显示，SIX2过表达细胞在体内可形成具有明显管腔结构的规则小管，表达CD13、EMA等上皮标志物，并保持SIX2表达；而对照组细胞仅形成有限的杂乱聚集，OSR1过表达细胞则多为分散状态，几乎不形成管状结构。这一结果突显了SIX2在促进组织结构形成方面的独特作用。

转录重编程与通路调控

RNA-seq分析显示，SIX2与OSR1诱导了不同的转录程序。主成分分析（PCA）表明各细胞类型在转录水平上明显分离。基因表达模式上，两种过表达均导致近端小管标志物（如SLC3A1、AQP1、GPX3）下调，而上皮化标志物（如EPCAM、CDH1、MUC1）及远端肾单位标记基因上调。SIX2过表达显著激活与细胞周期、增殖相关的基因网络（如CDK1、MKI67），并富集于有丝分裂核分裂、微管细胞骨架组织等通路；OSR1则更多与上皮管形态发生、肾脏系统发育以及典型Wnt信号通路相关。

OSR1过表达相关的恶性转化

一个意外的发现是，在大约百分之一的OSR1过表达克隆中观察到了恶性转化现象。其中一株编号OSR1-E09的克隆在移植至小鼠体内后形成了肿瘤，组织学分析显示这些肿瘤具有密集的未分化细胞、高核质比及活跃的有丝分裂象，形态与Wilms肿瘤的胚基成分高度相似。分子层面，该肿瘤表达SIX2、NCAM1、WT1等肾脏发育标志物，表现为vimentin阳性/cytokeratin阴性的间质表型，且缺乏成熟上皮标志物（EMA、CD13），进一步支持其与Wilms肿瘤的一致性。病毒插入位点分析排除了插入突变致瘤的可能性，表明转化很可能由OSR1过表达本身驱动。

讨论

本研究系统比较了OSR1与SIX2在成人肾脏细胞重编程中的功能差异：SIX2促进增殖、增强克隆形成能力并驱动体内小管生成，其转录特征以上皮化和增殖为主；OSR1虽可激活发育相关形态发生通路，但未能有效促进增殖或小管形成，反而具备诱发肿瘤的潜在风险。这一发现不仅深化了对肾脏发育中关键转录因子功能特异性的理解，也为肾脏再生策略的安全性评估提供了关键证据。研究结果提示，未来在利用发育基因进行细胞重编程时需严格评估致癌风险，尤其是涉及OSR1等具有多效性调控功能的因子时更需谨慎。同时，SIX2在引导成人肾脏细胞向上皮化、高增殖表型转化方面的能力，使其成为肾脏再生研究中一个极具潜力的候选靶点。

该研究也存在一些局限，如使用病毒强启动子可能导致基因表达超出生理范围、缺乏体内微环境的全面模拟、未能通过基因敲降实验验证因子必要性等。未来需进一步开展长效安全评价、细胞可逆性研究以及功能整合实验，以推动这些发现向临床转化。