缺氧与损伤小鼠肾脏中促红细胞生成素产生细胞的细胞微环境研究

《EXPERIMENTAL PHYSIOLOGY》：Cellular microenvironment of erythropoietin-producing cells in hypoxic and injured mouse kidneys

【字体：大中小】 时间：2026年01月11日 来源：EXPERIMENTAL PHYSIOLOGY 2.8

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　　本文通过空间转录组学、mRNA荧光原位杂交及序贯免疫荧光技术，首次系统揭示了缺氧与肾损伤条件下肾脏促红细胞生成素产生（REP）细胞的微环境特征。研究发现REP细胞在缺氧肾脏中主要邻近近端小管S2/S3段（表达Sglt1）和内皮细胞，而损伤肾脏中HIF稳定剂（如roxadustat）可重新诱导Epo表达，且激活的REP细胞周围存在大量损伤标志物（如KIM1）高表达的近端小管细胞。研究提示REP细胞功能丧失与微环境代谢状态（如能量代谢向炎症/纤维化通路转变）密切相关，为慢性肾脏病贫血的治疗提供了新的微环境视角。

1 引言

成年哺乳动物循环中的促红细胞生成素（Epo）主要由肾脏Norn细胞产生，这类细胞在组织氧分压下降时可分化为肾脏Epo产生（REP）细胞。REP细胞并非随机分布，而是聚集于肾皮质-髓质交界区，提示其微环境对细胞分化和Epo生成调控具有重要作用。在肾损伤模型中，REP细胞会停止产生Epo，而缺氧诱导因子（HIF）稳定剂能快速逆转这一现象。为深入解析Epo生成的调控机制，本研究结合空间转录组学、mRNA荧光原位杂交（mRNA-FISH）和序贯免疫荧光技术，对活性REP细胞的直接邻近细胞类型进行了系统性表征。

2 材料与方法

研究使用转基因小鼠模型（Epo-CreERT2^#1× Ai14）标记REP细胞，通过碳缺氧（0.1% CO, 4小时）或单侧输尿管梗阻（UUO）模型模拟肾损伤，并应用HIF稳定剂FG-4592/roxadustat干预。利用Visium空间转录组技术（10x Genomics）对肾组织切片进行基因表达谱分析，并通过RNAscope探针检测Epo mRNA分布。细胞类型解卷积采用RCTD算法，结合参考单细胞RNA数据库（GSE197266）进行注释。距离测量通过自定义Groovy脚本计算Epo mRNA信号与蛋白标记（如Sglt2/Sglt1）间的空间距离（阈值15 μm）。统计学分析使用Prism v.10软件，采用重复测量双因素ANOVA及Bonferroni事后检验。

3 结果

3.1 空间转录组学揭示REP细胞的邻近肾单位类型

缺氧小鼠肾脏中，Epo mRNA阳性Visium点主要富集近端小管S1-S2/3段（表达Slc5a2/Slc5a1）和内皮细胞标记基因，而远端肾单位标记（如Slc12a1/Slc12a3）表达较低。细胞类型解卷积显示，REP细胞周边以近端小管S3段细胞占比最高（约70%），其次为内皮细胞。值得注意的是，尽管肾损伤后整体组织微环境趋于纤维化，但Epo mRNA阳性区域中肌成纤维细胞标记Acta2（αSMA）并未显著升高，提示REP细胞本身未发生转分化。

3.2 REP细胞与Sglt2/Sglt1阳性肾段的空间邻近性

通过测量Epo mRNA与Sglt2（PT S1标记）/Sglt1（PT S2/S3标记）蛋白信号的距离，发现缺氧肾脏中86.8%的REP细胞位于Sglt1阳性细胞15 μm范围内，显著高于Sglt2邻近比例（70.1%）。在UUO损伤模型中，roxadustat处理后可重新诱导Epo表达，且这些REP细胞周围Sglt1表达维持较高水平，而Sglt2显著下降，表明损伤微环境中REP细胞更倾向于与Sglt1阳性小管细胞毗邻。

3.3 损伤肾组织中Epo再诱导的微环境特征

UUO损伤肾脏经roxadustat处理后，Epo mRNA阳性点的基因富集分析显示，能量代谢相关通路（如脂肪酸氧化、线粒体呼吸链）下调，而炎症（Il1b、Tnf）和纤维化（Tgfb1、Vcam1）通路显著激活。尤其值得注意的是，损伤标记基因Havcr1（KIM1）在REP细胞周边表达剧烈上调，而Acta2（αSMA）变化不显著，进一步支持REP细胞在损伤环境中仍保持细胞特性，而非转化为肌成纤维细胞。

3.4 细胞间通讯分析提示微环境信号网络

通过CellChat算法预测250 μm范围内的细胞间相互作用，发现整合素（Itg）复合体和透明质酸受体（Cd44）是REP细胞微环境中最活跃的受体分子，二者均与纤维化相关配体（如Spp1/骨桥蛋白）有关。在损伤肾脏中，这些通路通讯概率显著升高，表明微环境通过损伤相关分子信号间接调控Epo表达。

4 讨论

本研究揭示了REP细胞的微环境在肾损伤中的动态重塑：缺氧条件下，REP细胞毗邻代谢活跃的近端小管细胞；而损伤环境中，尽管周边小管细胞呈现KIM1高表达等损伤特征，REP细胞仍能被HIF稳定剂再激活。这一发现驳斥了“REP细胞转分化导致Epo丧失”的传统假说，强调微环境代谢状态（如氧耗变化）是调控Epo表达的关键。研究为靶向微环境治疗肾性贫血提供了新思路，例如通过调节近端小管能量代谢或抑制局部炎症以改善REP细胞功能。