综述：急性肾损伤（AKI）的整体研究方法：整合人类肾脏的临床与分子数据

本综述系统阐述了急性肾损伤（AKI）研究面临的挑战，提出通过整合临床表型与多组学数据（如转录组、表观基因组、蛋白质组等）的系统生物学方法，揭示AKI的分子机制和异质性，并介绍了单细胞测序（scRNAseq）、空间转录组等前沿技术及肾脏精准医学项目（KPMP）在推动AKI精准诊疗中的应用前景。

　　

急性肾损伤研究的挑战

急性肾损伤（AKI）是一种常见的临床综合征，与慢性肾脏病（CKD）和死亡风险增加相关，但目前除支持性治疗外缺乏有效疗法。AKI的诊断依赖血清肌酐（serum creatinine）或尿量变化，但这些指标存在局限性：肌酐在损伤发生后数小时才升高，且受肌肉量、容量状态等因素影响，无法区分AKI的潜在病因（如肾前性氮质血症、急性肾小管损伤ATI、急性间质性肾炎AIN等）。此外，AKI具有高度异质性和动态性，分子机制随病程（数小时至数天）变化，导致临床试验屡屡失败。尽管动物模型（如缺血再灌注、脂多糖损伤）揭示了部分分子机制（如肾损伤分子-1 KIM-1的发现），但物种差异和人类疾病的复杂性限制了其临床转化。

系统生物学方法在AKI研究中的价值

系统生物学通过计算建模整合多维度数据（临床表型、病理学、分子数据），从整体视角解析疾病机制。该方法可识别新的内型（endotypes），例如通过尿液生物标志物（如Ang-2/Ang-1、sTNFR-1、IGFBP7、TIMP-2）对AKI患者进行亚型分型（如SP1和SP2），从而预测预后和治疗反应。PrevAKI试验表明，基于NephroCheck平台的风险分层可提高KDIGO集束化治疗的依从性，降低中重度AKI发生率。

分子 interrogation 技术的进展

早期技术（如批量RNA测序）无法区分肾脏20余种细胞类型，且丢失空间信息。近年来，单细胞/单核RNA测序（scRNAseq/snRNAseq）、空间转录组、表观基因组（ATACseq、CUT&RUN、WGBS）、蛋白质组（CODEX、成像质谱流式）和代谢组（MALDI-MS）技术实现了细胞分辨率下的多组学分析。例如：

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  表观基因组与基因组：snATACseq可检测开放染色质区域，GWAS和全外显子测序探索AKI遗传基础，但样本量不足限制了发现。

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  转录组：scRNAseq可识别细胞类型特异性反应（如近端肾小管细胞状态），空间转录组技术（如Visium）保留了组织结构信息。

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  蛋白质组与代谢组：成像质谱技术（如CODEX）发现肾结石患者集合管新亚型，空间代谢组揭示缺血再灌注损伤后近端小管乳酸代谢变化。

多组学数据整合的计算方法

计算框架分为三类：

1. 1.

   早期整合：合并原始数据，但易受平台间噪声干扰。

2. 2.

   晚期整合：独立分析后合成结果，可能忽略跨组学互作。

3. 3.

   中间整合：如多组学因子分析（MOFA）、加权基因共表达网络分析（WGCNA）、DIABLO/mixOmics等，可识别共享潜在因子和疾病亚型。例如：

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     MOFA+整合转录组、蛋白质组和临床数据，识别CKD进展相关尿液蛋白；

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     WGCNA发现糖尿病肾病中共表达模块与疾病进展关联；

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     Omics Integrator通过蛋白互作网络连接转录组变化与通路效应。

肾脏活检队列研究的潜力

肾脏精准医学项目（KPMP）通过研究性肾活检获取AKI和CKD患者组织，结合多组学数据和临床信息构建公开图谱。参考图谱研究揭示了人类肾脏的生理特征（如钠转运、能量代谢）和新型细胞类型（如髓质薄壁段），而疾病组织分析发现：

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  CKD和AKI中存在适应性近端小管细胞（aPT），表达VCAM-1和KIM-1，与小鼠模型中的“修复失败”状态相似；

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  纤维化微环境转录特征可预测肾功能下降；

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  SGLT2抑制剂可能通过抑制mTORC1活性发挥肾保护作用。

系统生物学在肾脏疾病中的应用案例

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  FSGS和微小病变病：NEPTUNE队列通过RNAseq识别TNF-α高表达亚型，其进展风险更高，并可经尿液TNF-α和MCP-1无创检测。

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  急性间质性肾炎（AIN）：尿液蛋白质组学发现CXCL9作为潜在诊断标志物。

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  AKI机制研究：小鼠模型显示近端小管“修复失败”状态（FR-PTC）表达Vcam1，与NF-κB、CREB5转录因子相关；空间转录组揭示FR-PTC与C3+单核细胞的空间邻近关系；炎症性ICAM1+小管细胞通过AP-1促进纤维化。

潜在局限与未来方向

局限：

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  肾活检有出血、动静脉瘘等风险，且取样偏差（仅10-30个肾小球）可能无法代表整体病变；

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  参考组织选择（如年龄匹配、获取方式）影响数据解读；

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  AKI表型依赖肌酐变化，需更精细分层（如小管分泌功能）。

  未来方向：

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  尿液scRNAseq可无创监测肾内细胞状态；

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  平台（如KPMP Atlas、Nephroseq）整合多组学数据，促进靶点发现和临床试验设计（如REMODEL研究使用GLP-1受体激动剂前后活检验证机制）。

系统生物学整合多尺度数据，有望推动AKI的精准分型、生物标志物开发和靶向治疗，最终改善患者预后。