多组学分析发现，近端小管中的S100a10/Anxa2复合物通过p-Stat3/Spp1信号通路加重急性肾损伤

《Translational Research》：Multi-omics analysis identifies S100a10/Anxa2 complex within proximal tubule aggravates acute kidney injury through p-Stat3/Spp1 signaling

急性肾损伤（AKI）的分子机制及靶向治疗研究：通过多组学分析发现S100a10-Anxa2复合体调控p-Stat3/Spp1信号通路介导AKI，实验验证A2ti抑制剂及siRNA敲低S100a10对顺铂和缺血再灌注诱导AKI的改善作用。

　　

陈哲军|叶丽青|朱敏燕|林曦|吴佳佳|张翔|王一飞|洪霞|李志宇|胡守慈|张文|张佩佩|陈洪波

浙江中医药大学第一附属医院（浙江省中医院）肾病科，中国浙江省杭州市310006。

摘要

背景

急性肾损伤（AKI）已成为一个全球性的公共卫生问题，严重威胁人类健康。目前AKI的治疗主要是支持性治疗，尚缺乏针对性强、高效且低毒性的治疗方法。

方法与结果

通过多组学技术（包括批量RNA-seq、scRNA-seq和空间转录组学）来寻找正常对照组与AKI组之间的差异表达基因。研究发现，在顺铂和缺血再灌注（IRI）诱导的AKI模型中，肾小管上皮细胞中的S100a10基因显著上调。由于S100a10主要与Anxa2结合形成四聚体复合物，因此开发了该复合物的抑制剂A2ti，实验表明A2ti能够改善顺铂和IRI诱导的AKI。通过RNA-seq和ChIP-seq数据发现，A2ti可能通过抑制p-Stat3/Spp1信号通路发挥作用，而Stat3激活剂colivelin则可以逆转A2ti的保护作用。为进一步验证S100a10在肾小管中的作用，我们使用rAAV-SGLT2-EGFP-shS100a10病毒通过尾静脉注射在近端肾小管中敲低S100a10基因，结果发现下调S100a10可通过p-Stat3/Spp1信号通路部分改善顺铂诱导的AKI。

结论

多组学分析和实验验证表明，S100a10-Anxa2复合物通过调节p-Stat3/Spp1信号通路参与AKI的发生。

引言

急性肾损伤（AKI）以肾功能急剧下降为特征，是一种由多种因素引起的常见临床综合征。¹据估计，全球每年有超过1300万人患有AKI，约170万人因此死亡。²在住院患者中，AKI的发生率为10-15%²；若不及时治疗，AKI可能导致多种不良后果，如住院时间延长、医疗费用增加、慢性肾病（CKD）的发生和发展以及死亡风险增加。³因此，AKI已成为一个严重威胁人类健康的全球性公共卫生问题。导致AKI的原因多种多样，包括肾毒性药物、败血症和大型手术等。⁴目前AKI的治疗主要是支持性治疗，缺乏高效且低毒性的靶向治疗方法。因此，亟需开展AKI的机制研究以开发新的治疗策略。⁴

AKI发生时涉及多种类型的细胞，包括肾小管细胞、成纤维细胞和免疫细胞。⁵肾小管上皮细胞与基质细胞（包括免疫细胞、成纤维细胞和内皮细胞）之间的复杂相互作用对于肾脏修复至关重要。⁶虽然高通量测序技术可以提供整个肾脏的转录组信息，但这类研究往往无法全面反映少数细胞类型的转录情况。⁷单细胞RNA-seq（scRNA-seq）能够揭示细胞异质性并发现新的细胞亚群，从而揭示AKI状态下肾脏内所有细胞类型的转录组差异。尽管scRNA-seq可以分析单个细胞的转录组，但由于其技术要求，细胞的空间信息会丢失。⁸空间转录组学方法已成为研究原位组织细胞异质性和细胞在微环境中相互作用的重要工具。⁸

先前研究表明，通过生物信息学分析和动物模型验证，缺血再灌注损伤后肾脏中的S100a10基因上调。⁹通过整合肾脏整体转录组、单细胞转录组和空间转录组数据，我们发现AKI后肾小管上皮细胞中的S100a10表达显著升高。¹⁰尽管S100a10在AKI中的作用尚未完全阐明，但本文对其作用进行了初步探讨。

伦理批准与参与同意

本研究已获得浙江中医药大学实验动物管理与伦理委员会的批准，且未涉及患者。

测序数据来源

本文中使用的肾脏组织Stat3 ChIP-seq数据（¹⁰）来自GSE114292，用于分析Stat3的靶基因；Lps刺激下小鼠肾小管上皮细胞（mTEC）中Stat3敲低后的RNA-seq数据（¹¹）来自GSE283160，用于分析Stat3调控的基因。

近端肾小管中S100a10和Anxa2的表达与肾脏损伤相关

为了寻找与AKI相关的基因，我们分别分析了顺铂处理后的肾脏批量RNA-seq和scRNA-seq数据。由于成功建立了顺铂诱导的AKI模型（图1A&B），我们利用RNA-seq发现了其潜在机制：与对照组（n=2）相比，顺铂诱导的AKI组（n=3）中有2307个基因上调（padj<0.05且|log2FC|>0）和2336个基因下调（图1C）。

讨论

AKI发生后，近端肾小管上皮细胞内的细胞质钙浓度升高。作为主要的Ca2+结合蛋白，Anxa2在体内和体外均能与S100蛋白发生钙依赖性相互作用。Anxa2家族中的主要配体是S100a10，两个Anxa2分子与S100a10二聚体结合后形成四聚体复合物。这种复合物通常作为细胞外受体或细胞间信号分子在细胞膜上积累。

结论

综上所述，S100a10-Anxa2复合物通过调节p-Stat3/Spp1信号通路参与AKI的发生。本研究首次发现A2t抑制剂通过抑制p-Stat3/Spp1通路能够改善顺铂和IRI诱导的AKI。

作者贡献声明

陈哲军、叶丽青、朱敏燕和林曦设计并监督实验，撰写并修订了论文；姜志伟负责动物实验；吴一飞、张翔、沈晨和胡守慈协助数据分析；吴志勇、彭鹏泽和洪霞提供技术支持；何斌昌负责整个研究的监督。

出版同意

不适用。

资助

本研究得到了国家自然科学基金（编号82304989、82274432）的支持，同时获得了浙江省中医药管理局（编号2023ZR094）和浙江省中医药科学研究基金（编号2021ZB093）的资助，以及浙江省卫生健康委员会（编号2023RC195、2025KY973）和浙江省医药卫生科技计划（编号2022KY925）的资助。

数据与材料的获取

除公开的GEO数据集（scRNA-seq：GSE197266、GSE180595；空间转录组学：GSE182939；ChIP-seq：GSE114292；批量RNA-seq：GSE283160和GSE130814；snATAC-seq：GSE252105）外，如需其他数据及材料，可向相应作者索取。本研究生成和分析的所有数据均可根据合理请求提供。

作者贡献声明

陈哲军：撰写初稿、验证、软件应用、方法设计、实验设计及数据分析。叶丽青：实验设计。朱敏燕：数据验证与分析。林曦：数据验证。吴佳佳：数据可视化与方法改进。张翔：论文撰写、审稿与编辑、数据可视化。王一飞：方法设计及数据分析。洪霞：数据分析。李志宇：数据分析。胡守慈：数据分析。张文：数据分析。张佩佩：研究监督。陈洪波：

利益冲突声明

作者声明无利益冲突。所有作者均已阅读并批准了最终稿件。

致谢

感谢Kai M Schmidt-Ott教授授权使用其在线单细胞数据。