不同DNA含量的肾小管上皮细胞单细胞分析揭示急性肾损伤向慢性肾病转变中的功能异质性

本研究针对急性肾损伤（AKI）后出现的不同DNA含量肾小管上皮细胞（PTCs）的异质性及其在AKI向慢性肾病（CKD）转变中的作用展开深入探索。通过单细胞RNA测序技术，研究人员发现多倍体细胞（>4N）显著上调促纤维化特征，并富集于促炎和促纤维化集群中，揭示了分泌性磷蛋白1（SPP1）作为关键调控枢纽的机制。体内实验证实SPP1基因敲除可显著减轻肾纤维化，为阻断AKI-to-CKD转变提供了新靶点。

　　

肾脏疾病领域长期面临急性肾损伤（AKI）向慢性肾病（CKD）不可逆转变的临床难题。尽管已知缺血再灌注损伤（IRI）后肾小管上皮细胞（PTCs）会出现DNA含量异常，但这些细胞的分子特征及其在疾病进展中的作用仍是未解之谜。尤其令人困惑的是，为何部分患者能完全康复，而另一些却进展为不可逆的纤维化。这种临床异质性提示不同DNA含量的PTCs可能存在功能差异，但缺乏系统研究。

为解决这一关键问题，来自重庆的研究团队在《Kidney International》发表重要成果。研究采用严重IRI小鼠模型，通过流式细胞术分选不同DNA含量的PTCs（包括二倍体2N、四倍体4N和多倍体>4N细胞），在AKI后第3天和第14天进行单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析。关键技术包括：建立IRI诱导的AKI-to-CKD小鼠模型；流式细胞术DNA含量分析；scRNA-seq及生物信息学分析；基因敲除验证实验。

【转录差异揭示功能异质性】
研究发现不同DNA含量的PTCs具有独特的转录组特征。多倍体（>4N）细胞显著上调促纤维化相关基因，特别是分泌性磷蛋白1（SPP1）表达突出。这些细胞在AKI后期持续存在，提示其可能参与慢性化进程。

【功能集群划分】
通过无监督聚类鉴定出4个功能亚群：其中Cluster 1和4富含多倍体细胞，高表达促炎（如IL-6）和促纤维化（如TGF-β）因子。轨迹分析显示这些细胞具有明确的促纤维化发展路径。

【细胞互作网络】
多倍体细胞表现出异常活跃的细胞间相互作用，通过SPP1-CD44等配体-受体对与巨噬细胞、成纤维细胞形成密切通讯网络，可能驱动微环境纤维化。

【SPP1核心机制】
研究人员锁定SPP1为多倍体细胞的关键效应分子。体内实验证实，近端小管特异性敲除SPP1可显著减轻肾纤维化，改善肾功能，证实了该通路的致病作用。

这项研究首次系统阐明了不同DNA含量PTCs在AKI-to-CKD转变中的动态演变规律。创新性发现包括：揭示多倍体细胞的促纤维化本质；绘制其转录组特征图谱；确立SPP1的核心调控地位。这些发现不仅解释了肾脏损伤后慢性化进展的细胞学基础，更为临床干预提供了精准靶点——针对多倍体细胞及其SPP1信号通路的治疗策略，可能有效阻断AKI向CKD的恶性转化。研究采用的时空动态分析方法也为其他器官纤维化研究提供了范式参考。