《Frontiers in Nephrology》：Spatial transcriptomic analysis of kidney biopsies identifies activation of complement and SPP1 networks in Staphylococcus infection-associated glomerulonephritis
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背景：葡萄球菌感染相关肾小球肾炎（SAGN）已成为西方次大陆感染相关肾小球肾炎（IRGN）的首要病因，但在缺乏动物模型及详细分子机制的情况下，其发病机制仍知之甚少。方法：为了剖析复杂的潜在免疫病理学，研究人员使用单细胞空间转录组学（分析了总共3,993个细胞特
背景：葡萄球菌感染相关肾小球肾炎（SAGN）已成为西方次大陆感染相关肾小球肾炎（IRGN）的首要病因，但在缺乏动物模型及详细分子机制的情况下，其发病机制仍知之甚少。方法：为了剖析复杂的潜在免疫病理学，研究人员使用单细胞空间转录组学（分析了总共3,993个细胞特异性转录组）分析了来自3名SAGN患者和1名正常对照肾脏（NCK）的福尔马林固定石蜡包埋肾活检组织。SAGN活检显示弥漫性内皮细胞增生伴局灶性新月体形成。在对各种细胞类型进行注释后，研究人员利用CellChat构建细胞通信网络，以识别正常肾脏和SAGN肾脏中的配体-受体相互作用。结果：分泌磷酸蛋白1（SPP1/骨桥蛋白）在SAGN中成为最富集的信号网络，肾小管节段和壁层上皮细胞之间自分泌和旁分泌SPP1–CD44活性显著增加。相反，SPP1-整合素信号主要在健康对照肾脏中观察到。与既往报告一致，补体途径激活仅在病变肾脏中检测到，PEC作为主要信号接收者，提示其在新月体形成中的潜在作用。C2、C3、CD55、B因子和D因子的转录本在SAGN中显示显著上调。相反，与NCK相比，血管内皮生长因子（VEGF）、血管生成素样蛋白（ANG PTL）和颗粒体蛋白前体/颗粒体蛋白网络在SAGN中表现出降低的通信概率，提示保护性血管生成和抗炎信号传导受到抑制。针对SPP1的免疫荧光染色显示SAGN活检中肾小管节段染色增加，支持研究人员转录组学的数据。结论：SPP1和补体途径似乎驱动促炎反应，而保护性VEGF信号受损，为该疾病提供了潜在的治疗靶点。
感染相关肾小球肾炎（IRGN）被认为是近期或正在发生的细菌感染的肾脏局限性自身免疫后遗症，表现为急性肾炎和肾功能不全。在过去二十年中，急性葡萄球菌感染相关肾小球肾炎（SAGN）已成为西方次大陆IRGN的主要病因。其关键病理特征包括含有IgA和C3的肾小球免疫复合物沉积、内皮细胞增生以及补体消耗。然而，目前对SAGN的免疫病理学了解仍然有限，缺乏动物模型且无除感染控制外的治疗指南，即使经过抗生素治疗，肾小球病变仍可能持续并导致慢性肾脏病。为探究SAGN复杂的免疫病理学并开展分子层面的研究，研究人员对福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）的SAGN肾活检切片进行了分析，以识别富集的基因网络及其通过配体-受体相互作用实现的通信概率。该研究成果发表在《Frontiers in Nephrology》期刊上，为SAGN及其他肾小球肾炎（GN）的重叠网络提供了新的见解。
为开展此项研究，研究人员主要采用了单细胞空间转录组学技术结合CellChat细胞通信网络分析方法。样本队列来源于3名SAGN患者的FFPE肾活检组织以及1例活体供肾移植基线活检的正常对照肾脏（NCK）组织。研究通过Seurat软件对测序数据进行降维与细胞聚类注释，运用CellChat算法量化配体-受体相互作用及计算通信概率，并通过间接免疫荧光染色技术对基因表达的空间定位进行了组织学验证。
肾活检中的常驻细胞和免疫细胞群
研究在质控后共保留了3,993个细胞转录组。将这些读段映射至苏木精-伊红（H&E）染色切片上后发现，疾病状态下免疫细胞和壁层上皮细胞（PECs）群变异最大。SAGN活检中免疫细胞占比达5.9%–10%，内皮细胞占比则较正常对照减少。细胞通信网络分析揭示，SAGN样本中排名前列的主要网络为分泌磷酸蛋白1（SPP1）、血管内皮生长因子（VEGF）、纤溶酶原（PLG）、颗粒体蛋白前体/颗粒体蛋白（GRN）、血管生成素样蛋白（ANGPTL）及补体系统。
SAGN中的补体激活
通过空间转录组学映射及通信概率计算发现，SAGN样本中补体网络的通信概率显著升高（最高达9%对比正常组的0%）。热图和和弦图分析表明，PECs是SAGN样本中补体信号的主要接收者，存在旁分泌和自分泌信号环路，其中近曲小管（PCT）和PECs群构成了主要信号轴。配体转录分析显示，补体成分C2、C3、D因子（CFD）、B因子（CFB）及CD55在SAGN中表达显著上调，强调了替代途径近端效应臂的作用。
SPP1–CD44是SAGN中的主要信号网络
SPP1网络被证实是SAGN样本中最富集的通信网络，具有约30%的最高通信概率。在正常对照中，SPP1信号主要发生于远曲小管（作为发送者）与系膜细胞、足细胞及平滑肌细胞/周细胞（作为接收者）之间，且主要通过SPP1-ITGAV+ITGB1受体对进行。而在SAGN中，SPP1通信大量转向PECs和足细胞，且受体使用发生从SPP1-ITGAV+ITGB1向SPP1–CD44的明显偏移。免疫荧光染色证实SPP1在SAGN肾小管多个节段中表达增加，并分别与近曲小管及远端集合管标志物共定位。
其他富集网络及基因表达分析
除SPP1和补体外，其他网络如VEGF、Progranulin/Granulin及PLG/PARs在SAGN中的通信概率较正常对照均出现下降。差异基因表达分析显示，VEGF网络中的PGF、VEGFC及受体KDR、FLT4转录本在SAGN的不同细胞群中增加。这些数据表明，在疾病状态下，促炎网络与血管生成保护网络之间存在失衡。
讨论与结论
研究表明，肾脏常驻细胞在SAGN的肾小球和肾小管损伤中扮演了积极的角色，而非仅仅是专职免疫细胞的作用。该研究结论指出，补体及SPP1途径主要驱动了促炎反应，同时伴有保护性VEGF信号的受损，这为SAGN提供了潜在的治疗靶点。PECs作为补体与SPP1信号的主要接收者，可能将损伤与新月体的形成直接联系起来。B因子和C3表达的上调提示替代途径近端臂在发病中占据重要地位。此外，SPP1–CD44轴作为关键的促炎和促纤维化模块，在SAGN中取代了正常肾脏中的SPP1-ITGAV+ITGB1通信。VEGF通信概率的下降暗示了血管内皮保护效应的丧失，从而可能促进或延续毛细血管袢的损伤。尽管该先导研究样本量较小，但研究结果验证了空间转录组学结合细胞通信分析的可行性，并为未来针对这些通路开发非侵入性诊断标志物及特异性靶向治疗奠定了重要基础。
