人类和小鼠肾上腺以物种特异性的类固醇生成状态和组织更新为特征

《Nature Genetics》：Human and mouse adrenal glands are characterized by species-specific steroidogenic states and tissue turnover

　　

成年肾上腺皮质经历持续更新，但其背后的人类特异性机制仍知之甚少。研究人员构建了成年人类和小鼠肾上腺的单细胞及空间转录组图谱，利用单细胞分辨率空间数据和罕见克隆嵌合病例进行谱系推断。在人类中，研究人员鉴定出与年龄相关的球状带（zona glomerulosa，ZG）细胞状态，其具有直接皮质醇合成能力，并在推断的胆固醇平衡中表现出性别特异性差异。跨物种比较揭示了保守的醛固酮生成ZG、束状带（zona fasciculata，ZF）标志物的显著分歧、小鼠缺乏网状带（zona reticularis，ZR）同源物，以及增殖细胞中差异性的SHH–WNT4信号。研究人员发现了由嵌合谱系证据支持的人类WT1^?包膜向ZG转变以及血管平滑肌细胞向类固醇生成细胞转变。研究人员还揭示增殖性皮质SF1⁺EZH2⁺细胞分散分布于整个人类皮质，而在小鼠中仅限于ZG。综上，这些数据扩展了向心性更新模型，并建立了人类肾上腺皮质生物学的比较框架。

研究背景与主要结论

肾上腺参与维持稳态和介导应激反应。中胚层来源的皮质合成类固醇激素，包括糖皮质激素、盐皮质激素和生物活性较弱的雄激素。皮质细胞按区带组织：球状带（zona glomerulosa，ZG）为HSD3B2⁺细胞经CYP11B2酶活性分泌醛固酮；束状带（zona fasciculata，ZF）为HSD3B2⁺CYP11B1⁺CYP17A1⁺细胞合成糖皮质激素；网状带（zona reticularis，ZR）为CYP17A1⁺SULT2A1⁺CYB5A⁺雄激素生成细胞。啮齿类因Cyp17a1表观沉默而缺乏ZR。以往基于啮齿类的研究建立了皮质细胞生成的向心性模型：被膜间充质细胞释放WNT激动剂RSPO3，刺激外层ZG干细胞向ZG并随后向ZF分化。然而，该模型是否适用于人类尚不清楚；以分子分辨率刻画人类肾上腺皮质更新的细胞来源、信号中心和祖细胞身份，并判断啮齿类机制是否保守，是理解内分泌稳态以及发展肾上腺功能不全、增生和皮质恶性肿瘤疗法的基础。为此，研究人员构建了成年人类和小鼠肾上腺的单细胞和空间转录组图谱，直接比较祖细胞、更新机制、性别二态性和类固醇生成细胞状态的跨物种差异。相关论文发表在《Nature Genetics》。

主要技术方法

研究人员对11例成人肾上腺（6男5女，18–73岁，来自奥地利维也纳医科大学器官捐献者队列）和6–8周龄成年小鼠（来自Janvier Labs，雌雄分别分析）进行单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing，scRNA-seq）。空间转录组方面，人类样本采用10x Visium（4例）和Stereo-seq（3例，13–41岁），小鼠样本采用10x Visium HD。此外整合已发表的人类胎儿/新生儿肾上腺scRNA-seq数据集用于发育比较；利用一例女性供体的嵌合染色体改变（mosaic chromosomal alterations，mCAs）进行克隆谱系推断；采用RNA velocity、轨迹分析、空间区带对齐、RCTD反卷积和胆固醇代谢通路评分等方法进行验证。

研究结果

1. 人类肾上腺皮质内的类固醇生成细胞状态

通过scRNA-seq结合空间转录组，研究人员在人类肾上腺皮质中鉴定出连续转录状态。ZG内可分为经典醛固酮生成VCAN⁺CYP11B2⁺细胞、未成熟ZG-VCAN细胞、HSD3B2^highZG/ZF细胞、DLK1^high细胞、CCN3^high细胞以及富集胆固醇代谢基因的ZG-CHOL细胞。DLK1^high和CCN3^high细胞被注释为ZG向ZF的过渡状态。研究人员还发现ZG-HSD3B2细胞共表达HSD3B2、CYP21A2、CYP17A1和CYP11B1，但不表达CYP11B2，提示ZG内存在具有直接皮质醇合成能力的细胞状态；组织学验证了