Kidney Int Rep：局灶节段性肾小球硬化患者尿单细胞RNA测序揭示炎症征象

背景：FSGS和MCD是原发性肾病综合征的主要病因，表现出相似的临床特征。建立对这些疾病的正确诊断对于启动有效的治疗非常重要。MCD患者对糖皮质激素治疗反应良好，远期预后良好。相比之下，FSGS患者往往对糖皮质激素治疗有抵抗力，肾小球滤过率进行性下降。目前，肾脏活检是肾病疾病组织学诊断的主要方法。然而，活组织检查是一种侵入性的程序，有时会被推迟，特别是在儿童中，而且通常在成人中只进行一次。由于取样的限制和病灶在FSGS中的局灶性分布，活组织检查也可能无法区分MCD和早期FSGS。此外，目前的肾活检分析方法提供的关于FSGS等复杂疾病的分子机制的信息有限。

   近年来，scRNA-seq已成为鉴定各种来源的单细胞转录本的有力工具。最近发表了几篇将该方法应用于肾脏研究的综述。这些研究将单细胞或核RNA-SEQ方法应用于肾组织。我们假设，肾脏疾病患者的尿液可能是关于疾病的有用的、非侵入性的信息来源，并且尿液scRNA-seq可以增加出现在尿液中的关于受损的初级肾实质细胞的有价值的转录信息，包括足细胞和肾小管上皮细胞以及免疫细胞等反应细胞，并可以将这些细胞与尿路上皮细胞区分开来。这种转录信息可能会让临床医生了解损伤的机制，并建议有针对性的治疗。为了评估尿细胞作为FSGS诊断工具的潜在应用，并在单细胞水平上揭示疾病的分子机制，我们对FSGS受试者的尿样进行了scRNA-seq。

方法：我们使用单细胞RNA测序(scRNA-seq)来探索FSGS受试者尿细胞中与疾病相关的分子特征。我们收集了12名FSGS受试者的17份尿液样本，并将其捕获为23份尿细胞样本。在FSGS和微小病变病(MCD)(肾病综合征研究网络[NEPOUNT]研究)的大量基因表达数据集中和狼疮性肾炎(加速药物伙伴关系)的免疫单细胞数据集中评估来自肾上皮和免疫细胞的炎症信号。

结果：我们在尿液中鉴定出免疫细胞，主要是单核细胞和肾上皮细胞。进一步分析发现有2个单核细胞亚型与M1和M2单核细胞一致。尿脱落足细胞高表达上皮向间充质转化(EMT)的标志基因。我们选择了16个尿液免疫细胞高表达的基因和10个尿足细胞高表达的EMT基因，分别作为免疫信号和EMT信号。利用来自海王星的肾活检转录数据，我们发现尿液细胞免疫信号和EMT信号基因在FSGS组织中的表达高于MCD组织。

图1.尿液细胞类型群和基因表达谱。(A)来自17个尿样的所有23个细胞样本的尿单细胞聚合数据的批量校正t-SNE图，揭示了15个单独的细胞群和细胞类型。(B)每个样本具有不同颜色的相同t-SNE图。(C)主成分热图显示15个簇(垂直柱)中每一簇中的10个高表达基因，每行代表一个基因，高表达(黄色)、中等表达(紫色)和低表达(黑色)。T-SNE，t-分布随机嵌入。

表1 所有23个细胞样本(1040个细胞)的FSGS单核细胞中上调最多的基因与1个健康受试者(1906个细胞)的健康外周血单核细胞相比

图2。FSGS受试者尿单核细胞的分子特征。(A)火山图显示FSGS单核细胞与健康PBMC单核细胞相比上调和下调的基因。红点表示对数折叠变化>2的基因。(B)健康志愿者外周血单核细胞与FSGS结合的伪时间轨迹分析。PBMC 8k数据集)。轨迹分析揭示了一个分支点，连接了3个细胞状态。如补充图S7所示，健康的外周血单核细胞均处于状态2(绿色)。(C)这3种状态(分支)的表达热图，将外周血单核细胞视为初始状态(分支前)。每条水平线代表1个基因，垂直线代表全部2946个单核细胞(来自12例FSGS患者尿液中的1040个单核细胞和1名健康献血者外周血中的1904个单核细胞)。表达级别由颜色编码，从红色(高)到蓝色(低)。仅说明了P<10？20的基因。(D)规范的M1单核细胞标记基因在假时间分支中的表达。(E)规范的M2单核细胞标记基因在假时间分支中的表达。(F)使用Singler R-Package和Blueprint对尿单细胞数据进行注释，并对参考数据(各种细胞类型的转录数据)进行编码。在这个矩阵中，每条垂直线代表1个尿液细胞，水平线代表与右侧标记的25种最接近匹配的细胞类型的签名的比较。蓝色表示低浓缩，红色表示标记的特征性细胞特征的高度浓缩。(G)我们使用Azizi等人的基因列表来寻找免疫特征的丰富。15 X轴展示了15个细胞团，Y轴展示了9种免疫功能。集体基因签名用代表相对表达的颜色表示，红色代表最高表达。M1簇在M1极化和促炎基因表达方面略有丰富。M2星团强烈富集M2极化，M3星团富集M1极化，令人惊讶的是，抗炎途径。淋巴细胞团富含CD8 T细胞激活和细胞溶解效应途径基因。FSGS，局灶性节段性肾小球硬化；k，千；PBMC，外周血单核细胞。

结论：对FSGS患者尿液中单核细胞亚群和足细胞表达特征的鉴定表明，尿细胞图谱可作为肾病综合征的诊断和预后指标。此外，这种方法可能有助于开发新的生物标记物，并识别针对免疫细胞和足细胞中特定分子途径的个性化治疗。

原文出处：Latt KZ,  Heymann J,  Jessee JH,et al.Urine Single-Cell RNA Sequencing in Focal Segmental Glomerulosclerosis Reveals Inflammatory Signatures.Kidney Int Rep 2022 Feb;7(2)