单细胞转录组解析胚胎肾脏发育中关键转录因子的调控网络

本研究通过单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术，解析了人类胚胎肾脏发育过程中肾祖细胞(NPCs)的异质性及其分化为肾小管上皮细胞和足细胞的分子机制，鉴定出ETV1、EGR1、MECOM等关键转录因子，为先天性肾脏疾病和肾脏再生策略提供了新的理论基础。

　　

肾脏作为人体最重要的排泄器官，其发育过程涉及复杂的细胞分化和组织形态发生。肾单位由肾小球和肾小管组成，其中足细胞(podocytes)和肾小管上皮细胞的异常分化与先天性肾病综合征、糖尿病肾病等疾病密切相关。然而，由于人类胚胎样本获取困难，此前对肾脏发育的分子机制，尤其是肾祖细胞(NPCs)向不同谱系分化的调控网络仍知之甚少。

为解决这一科学问题，深圳市人民医院联合暨南大学附属第一医院等机构的研究团队，利用单细胞RNA测序(scRNA-seq)技术，对10、11和17周孕龄的人类胚胎肾脏样本进行了高分辨率转录组分析。该研究揭示了NPCs的异质性亚群及其分化轨迹，并鉴定出调控足细胞和肾小管发育的关键转录因子，相关成果发表在《Molecular and Cellular Biochemistry》上。

研究采用三大关键技术：1) 基于10x Genomics平台的单细胞转录组测序，对7472个胚胎肾脏细胞进行捕获；2) 通过Seurat和Harmony算法整合多批次数据，消除技术变异；3) 运用Monocle2进行伪时序分析，重构NPCs向足细胞、近端小管和远端小管的分化轨迹。样本来源于经伦理审查的 elective surgical abortions 组织，严格遵循赫尔辛基宣言。

细胞多样性分析
研究将胚胎肾脏细胞划分为11个簇，包括NPCs(SIX1⁺)、足细胞前体(SSBpod-Pod, NPHS2⁺)、近端小管(SSBpr-ErPrT, CUBN⁺)等。随着孕周增加，NPCs比例下降而分化细胞比例上升，提示动态发育进程。

NPCs异质性解析
NPCs可进一步分为4个亚群：NPCs-cluster0(CCND1⁺)富集PI3K-AKT通路，与细胞增殖相关；NPCs-cluster1偏好代谢通路；NPCs-cluster3则显著富集IL-17等免疫通路，暗示肾脏发育中免疫微环境的调控作用。

足细胞分化机制
伪时序分析显示，NPCs经HES1⁺过渡态分化为足细胞。关键转录因子ETV1、NR2F1和SOX4在分化节点显著下调，可能通过抑制β-catenin通路维持足细胞特性。

近端小管分化调控
EGR1在SSBpr-ErPrT中特异性高表达，其靶基因GDNF可能通过上皮-间质转化(EMT)促进小管形成。这与急性肾损伤中EGR1的修复作用相呼应。

远端小管发育关键因子
MECOM(EVI1)和MEIS2在SSBm/d-DTLH谱系中呈现拮抗表达模式，前者可能通过调控PBX1维持肾小管分支形态，后者缺失则导致小鼠泌尿系统发育异常。

这项研究首次系统描绘了人类胚胎肾脏发育的单细胞图谱，揭示了ETV1-EGR1-MECOM调控网络在细胞命运决定中的核心作用。不仅为先天性肾脏畸形的分子诊断提供新靶点，更为诱导多能干细胞(iPSCs)定向分化为肾脏细胞提供了理论依据。未来需通过类器官模型验证这些转录因子的功能，并探索其在肾脏再生医学中的应用潜力。