单细胞测序技术揭示了急性肾损伤的关键过程

急性肾损伤(AKI)是与各种疾病相关的常见并发症，尤其影响重症监护病房的患者。然而，AKI的潜在机制还不完全清楚。就在最近，一个跨学科的研究团队使用单细胞测序技术来揭示与AKI相关的分子过程。在《基因组医学》和《国际肾脏》杂志上，他们描述了损伤肾细胞的新基因表达模式，这可能导致新的治疗方法和生物标志物发现策略。这些研究是在Charité - Universit?tsmedizin Berlin的密切合作下进行的;柏林医学系统生物学研究所(BIMSB) Max Delbrück中心;德国柏林风湿病研究中心(DRFZ)，莱布尼茨研究所;和汉诺威医学院

　　

急性肾损伤(AKI)是与各种疾病相关的常见并发症，尤其影响重症监护病房的患者。然而，AKI的潜在机制还不完全清楚。就在最近，一个跨学科的研究团队使用单细胞测序技术来揭示与AKI相关的分子过程，研究人员描述了损伤肾细胞的新基因表达模式，可能导致新的治疗方法和生物标志物发现策略。这些研究是在Charité - Universit tsmedizin Berlin的密切合作下进行的;柏林医学系统生物学研究所(BIMSB) Max Delbrück中心;德国柏林风湿病研究中心(DRFZ)，莱布尼茨研究所;和汉诺威医学院

肾脏是人体最重要的器官之一。它们从血液中过滤废物，控制体液组成和血压，影响能量代谢，并产生重要的激素。如果肾功能受损——就像AKI的情况一样——可能会有严重的后果。“AKI是危重病人常见的严重并发症，影响了我们重症监护病房大约一半的病人，”Charité肾脏病和医疗重症监护部的Jan Klocke医生说。“这种情况经常被低估，尽管AKI与死亡率增加有关，患者可能遭受永久性损伤，甚至完全丧失肾功能。”

AKI可伴随多种疾病。它通常与心血管疾病或COVID-19等严重传染病一起发生，但也在手术干预后或与药物治疗有关。通常没有具体的治疗方案。“我们试图稳定受影响的患者，但到目前为止，通常不可能通过靶向治疗逆转肾脏中的破坏性过程，”欣策博士说。他在Charité和Max Delbrück中心的一项研究中发挥了关键的监督作用，目前在汉诺威医学院(Hannover Medical School)工作。“到目前为止，人们对肾脏细胞中起作用的机制知之甚少。我们研究的目的是为了阐明这一点，我们的长期目标是改善为临床患者提供的治疗。”

AKI通常是由肾脏供血不足引起的，导致肾脏细胞不再接受足够的氧气和营养，并与压力发生反应。细胞进入一种报警模式，并产生信号物质，可导致周围组织的炎症和重塑过程(纤维化)。从动物模型研究中我们知道，上皮细胞-排列细肾小管的细胞-参与了这些炎症和纤维化过程。这是通过一种被称为单细胞测序的最先进的新方法来证明的，该方法使研究人员能够创建数千个单个细胞的分子基因表达谱的详细概况。但是在人类AKI的细胞水平上发生了什么?

这就是欣策博士和克罗克博士领导的研究小组着手研究的问题。最近发表的这两项研究是首次利用单细胞技术在人类肾脏细胞中研究AKI的分子过程。科学家们检测了从40多名患者的组织和尿液样本中提取的细胞，并使用最先进的生物信息学方法分析了超过14万个细胞的分子模式。Hinze博士解释说:“单细胞测序可以让我们放大每个细胞，看到在那个时间点哪个基因在那个细胞中是活跃的。”“从这一点，我们可以确定特定的肾细胞目前是否正常工作，处于压力下，或即将死亡。这项尖端技术让我们对AKI有了前所未有的详细了解。”

研究小组还发现，肾脏不同类型的细胞对AKI的反应非常不同，在肾小管的上皮细胞中观察到反应最强。肾是肾脏中最小的功能单位，由几个节段组成。从动物模型得知，AKI主要影响特定早期肾小管段的上皮细胞。然而，对人体肾脏细胞的最新研究结果表明，几乎所有肾小管节段的上皮细胞都参与了损伤过程。Hinze博士说:“这再次说明，我们研究人类系统并学会更好地理解它们是多么重要。”“在不同类型的上皮细胞中，我们能够识别出发生在所有AKI患者中的特定分子模式，但在个体丰度上。在未来，这些发现可以帮助医生更好地评估严重疾病进展的风险。”

在临床实践中，医生理想情况下需要一种快速、无创、精确的检测方法在早期明确诊断AKI。为了更接近这一未来愿景，Klocke博士开始在尿液样本中寻找上皮细胞。健康人的尿液中几乎找不到任何细胞。但在患有AKI的患者中，上皮细胞从肾小管分离出来，排泄到尿液中。然而，由于细胞不能在尿液中存活很长时间，最初有人怀疑这些细胞是否仍然完好无损，甚至怀疑它们的分子状态是否可以用单细胞测序来测量。Klocke博士说:“我们在4到6个小时内处理了尿液样本，实际上效果非常好。”研究人员能够确定这些细胞来自肾小管的哪一部分，以及它们在肾脏损伤时激活了哪些基因程序。“尿液样本中的细胞所提供的信息与组织样本中相应的细胞相匹配，”Klocke博士说。“因此，尿液为我们提供了一种简单且对患者友好的方法，为进一步研究获取样本材料，以便识别生物标志物，从长远来看，可能减少甚至取代肾脏活检。”

通过目前的两项研究，研究团队使用单细胞测序对AKI的细胞机制提供了全新的见解，并为未来的诊断程序和个性化治疗提供了有前途的方法。在进一步的研究中，他们计划招募更多的患者，研究不同基础疾病的细胞反应，并利用细胞培养发现AKI的其他基本分子机制。