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肾脏单细胞测序研究——肾脏篇
肾脏是一个非常复杂的器官，其功能远远不止一个简单的“过滤器”，肾脏要正常发挥功能，需要多个高度特异性的不同细胞类型之间相互作用来帮助机体通过尿液排出废物、平衡体液，调节血压并且分泌多种激素。同时，很多继发因素都会引起肾脏疾病，如高血压肾损害，糖尿病肾病，系统性红斑狼疮，狼疮性肾炎等。肾脏组织非常异质，有30种不同的细胞类型。足细胞、肾小球内皮细胞和系膜细胞负责肾脏超滤，而系膜细胞和内皮细胞的细胞增生肾小球纤维化则是慢性肾病进展的特征。
对肾脏不同类型细胞图谱的全面了解，为多角度理解不同肾脏疾病产生的细胞起源、功能异质性等提供了极有价值的数据资源，可为开发新的、更有针对性的肾脏治疗方法开辟可能性。本文对部分将单细胞测序技术应用于探索肾移植排斥反应的免疫学特征、肾脏纤维化过程的细胞起源、透明细胞肾细胞癌的瘤内异质性、糖尿病肾病的单细胞转录组图谱等相关文献进行导读，希望为大家的单细胞相关研究带来启发。
案例一
人类肾纤维化过程中肌成纤维细胞的起源解码
研究目的：利用单细胞RNA测序探索人类肾纤维化过程中瘢痕形成细胞的起源
样本信息：人肾脏组织
测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）+ RNA-seq + ATAC-seq
捕获细胞数：51,849个
结论：周细胞和成纤维细胞的不同亚群，它们是人类肾脏纤维化过程中瘢痕形成肌成纤维细胞的主要细胞来源。结合小鼠的遗传命运追踪、时间历程单细胞RNA测序和ATAC-seq以及人类肾纤维化的空间转录组测序等方法揭示人类肾肌成纤维细胞及其前体的细胞起源和分化，检测潜在的治疗靶点并确定NKD2是人类肾纤维化中肌成纤维细胞的特异性靶点。
案例二
单细胞转录组分析揭示透明细胞肾细胞癌的瘤内异质性并导致不同的临床结果
研究目的：利用单细胞RNA测序解析透明细胞肾细胞癌(ccRCC)的异质性
样本信息：人肾癌样本（3例患者的12份癌样本和9份肿癌旁样本）
测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）
捕获细胞数：24,550个
结论：确定了15种主要细胞类型以及来自肿瘤或非恶性组织的39个亚组细胞，细胞衰竭是ccRCC组织免疫抑制特性的关键因素且与不良预后显著相关，异常的代谢模式不仅发生在癌细胞中，而且也发生在肿瘤浸润的基质细胞中。PD-1、LAG3、TIM-3等免疫抑制检查点可作为ccRCC免疫治疗的潜在靶点。
案例三
单细胞分析揭示慢性移植排斥患者肾脏的免疫景观
研究目的：利用单细胞RNA测序探索慢性肾移植排斥反应肾脏细胞的状态形成
样本信息：人类肾脏（3个健康组+2个慢性肾移植排斥反应（CKTR）组）
测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）
捕获细胞数：27,197 个细胞
结论：从三个健康的人类肾脏和两个慢性肾移植排斥反应（CKTR）活检中鉴定到15种不同的细胞类型，包括主要免疫细胞、肾细胞和几种基质细胞。自然杀伤T细胞(NKT)分为CD4+ T细胞、CD8+ T细胞、细胞毒性T淋巴细胞(ctl)、调节性T细胞(treg)和自然杀伤细胞(NKs)五个亚类。记忆B细胞分为两个亚型，代表反向免疫激活。单核细胞形成典型的CD14+组和非典型的CD16+组。在成纤维细胞中鉴定了一个新的表达胶原和细胞外基质成分的亚群——肌成纤维细胞(MyoF)。CKTR组的特点是免疫细胞和MyoF数量增加，导致肾排斥反应和纤维化增加，且不同的亚型与CKTR中不同的功能相关。
案例四
利用表达的单核苷酸变异和单细胞RNA测序确定排斥性肾移植中的免疫细胞嵌合体
研究目的：利用单细胞RNA测序探索肾移植中供体白细胞是否持续存在或在排斥反应中发挥作用
样本信息：人肾移植活检组织
测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）
捕获细胞数：81,139个细胞
结论：白细胞供体/受体比率随巨噬细胞的排斥状态和淋巴细胞移植后的时间而变化。受体巨噬细胞表现为炎症激活，而供体巨噬细胞表现为抗原呈递和补体信号转导。受体来源的T细胞表达与效应细胞表型一致的细胞毒性和促炎基因，而供体来源的T细胞则表现为静止状态，表达氧化磷酸化基因。排斥肾内供体和受体T细胞克隆均提示淋巴细胞聚集。供者来源的巨噬细胞和T细胞与受体相比具有不同的转录谱，而且供者巨噬细胞可以在移植后持续数年。
案例五
人早期糖尿病肾病的单细胞转录组图
研究目的：利用单细胞RNA测序探索糖尿病肾病肾小球和肾小管间质损伤伴随细胞特性
样本信息：人糖尿病肾病肾组织（冷冻保存）
测序策略：10×平台，单细胞核测序（snRNA-seq）
捕获细胞数：23,980个细胞
结论：基因表达的细胞类型特异性变化对离子转运、血管生成和免疫细胞激活都很重要，糖尿病患者的增厚上升肢、晚期远端曲小管和主细胞都采用了与钾分泌增加相一致的基因表达特征，包括钠/钾离子-ATP酶、盐皮质激素受体和表达的改变，以及减少细胞外钙和镁的再吸收。在肾小球类型细胞、近曲小管、远曲小管和主细胞中识别出强烈的血管生成信号。钾分泌增加和血管生成信号通路预示了人糖尿病肾病的早期肾脏反应。
案例六
狼疮肾炎患者肾脏的免疫细胞图
研究目的：使用单细胞RNA测序分析狼疮性肾炎疾病的机制
样本信息：肾脏样本（来自狼疮性肾炎患者和健康对照者）
测序策略：10×平台+CEL-Seq，单细胞测序（scRNA-seq）
捕获细胞数：9,200个细胞
结论：狼疮性肾炎患者肾脏中有21个活跃的白细胞亚群，包括多种骨髓细胞、T细胞、自然杀伤细胞和B细胞，它们表现出促炎反应和炎症缓解反应。B细胞局部激活的证据与年龄相关的B细胞特征和肾脏单核细胞分化的进展阶段相关。在大多数细胞中观察到明显的干扰素反应。两种趋化因子受体CXCR4和CX3CR1广泛表达，尿液和肾脏中免疫细胞的基因表达高度相关，表明尿液可以作为肾脏活组织检查的替代品。
案例七
人类肾脏的时空免疫分区
研究目的：利用单细胞RNA测序探索人类肾脏的时空免疫拓扑结构
样本信息：小鼠人类肾脏组织（分别来自14个成人和6个胎儿）
测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）
捕获细胞数：40,268个
结论：在成熟（而非胎儿）肾脏的盆腔上皮中，抗菌肽转录物明显存在。胎儿和成熟肾脏中均存在组织驻留的髓系和淋巴系免疫细胞网络，胎儿出生后获得了促进感染防御能力的转录程序。上皮免疫串扰协调了抗菌巨噬细胞和中性粒细胞在肾脏最易受感染区域的定位。
案例八
成人肾脏单核RNA测序的优势: 在纤维化中揭示罕见细胞类型和新细胞状态
研究目的：比较单细胞测序和单细胞核测序解析肾脏组织的区别
样本信息：成年小鼠肾脏
测序策略：DropSeq平台单细胞测序(scRNA-seq) + 10×平台，sNuc-DropSeq，DroNc-seq，单细胞核测序（snRNA-seq）
捕获细胞数：14,382 个细胞
结论：snRNA-seq捕获了在scRNA-seq数据集中未被代表的肾细胞类型的多样性，包括肾小球足细胞、系膜细胞和内皮细胞，且未检测到应激反应基因。snRNA-seq在成年肾脏中的基因检测与scRNA-seq具有可比性，且具有显著的优势，包括降低解离偏差、与冷冻样本的相容性、消除解离诱导的转录应激反应，同时，在炎性纤维化肾脏中可检测出肾近端有罕见的肾小球旁细胞，新的激活的近端小管和成纤维细胞状态。
案例九
小鼠肾脏的单细胞转录组学揭示了肾脏疾病的潜在细胞靶点
研究目的：利用单细胞RNA测序探索肾脏细胞类型的完整分子特征
样本信息：小鼠肾脏组织
测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）
捕获细胞数：57,979个细胞
结论：由不同基因突变引起但具有相同表型的遗传性肾脏疾病起源于相同的分化细胞类型。成年小鼠肾脏的集合管通过一个新鉴定的过渡细胞产生一系列细胞类型。细胞轨迹分析和体内谱系追踪显示，夹层细胞和主细胞通过Notch信号通路进行转换。在小鼠和人类肾脏疾病中，这些转变向主要细胞命运转移，并与代谢性酸中毒有关。
案例十
人类肾脏的单细胞转录组揭示了肾脏肿瘤的细胞特性
研究目的：利用单细胞RNA测序探索肾脏肿瘤细胞的身份和肿瘤组织的多样性
样本信息：正常和肿瘤肾脏组织（来自胎儿、儿童和成人肾脏）
测序策略：10×平台，单细胞测序（scRNA-seq）
捕获细胞数：72,501个细胞
结论：将儿童期肾母细胞瘤与特定的胎儿细胞类型相匹配，从而为肾母细胞瘤细胞是异常胎儿细胞的假设提供了证据。在成人肾细胞癌中，发现了一个与鲜为人知的近曲小管细胞亚型相匹配的典型癌症转录组。对肿瘤成分的分析确定了与癌症相关的正常细胞，并描绘了一个复杂的血管内皮生长因子（VEGF）信号通路，揭示了人类肾脏肿瘤的精确细胞特征和成分。
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吉凯基因凭借多年在靶标筛选及验证服务领域的技术积累，建立的标准化 、工程化 、系统化的GRP平台，为中国研究型医生提供科研服务，加快科研成果转化，其中，单细胞测序拥有10x和BD两个平台，提供单细胞RNA-seq、单细胞核测序、单细胞混样RNA-seq、单细胞ATAC-seq、单细胞（RNA+ATAC）、空间转录组测序等服务。
