Science：SOX9开关在肾脏纤维化中发挥关键作用

　　

各种原因引起的急性肾损伤可能是暂时的，随后组织就会恢复，但也可能造成长期损伤和纤维化，并最终发展为慢性肾病。目前还不知道是哪些因素决定了这一过程的结局，但之前的一些研究表明，转录因子SOX9可能是罪魁祸首。

美国西达赛奈医学中心（Cedars-Sinai Medical Center）的研究人员利用急性肾损伤小鼠模型发现了SOX9的动态开关。在损伤后，再生的上皮细胞谱系会在适当的时候关闭SOX9，而SOX9的持续产生会导致纤维化。

这篇题为“SOX9 switch links regeneration to fibrosis at the single-cell level in mammalian kidneys”的论文于2月23日发表在《Science》杂志上，有望指导人们开发出新型疗法。

在肾脏等哺乳动物器官中，一些受损的组织可以很好地修复而不会留下疤痕，但附近的区域则表现出再生受损和进行性纤维化。研究人员指出，从急性肾损伤（AKI）到慢性肾病（CKD）的进展过程中，经常观察到间质纤维化的空间异质性。不过，既然是同一微环境，再生反应为何会导致纤维化，同时又推动无疤痕组织修复，背后的确切机制仍不清楚。

SOX9开关的鉴定

SOX9蛋白在器官发育中起主要作用，但在健康肾脏中没有活性。研究人员之前发现，在急性肾损伤后，受损的近端肾小管上皮细胞（PTEC）会重新激活SOX9，作为愈合过程的一部分。

于是，他们假设，重新激活SOX9的PTEC谱系随后会在再生过程中让SOX9沉默，而那些无法完全恢复上皮的细胞谱系则会保持SOX9的活性。他们希望建立一个模型系统来比较两个细胞谱系的再生情况，其中一个能够有效恢复（SOX9^on-off），另一个则不能完全恢复（SOX9^on-on）。

在实验室诱导的急性肾损伤小鼠模型中，研究人员对早期激活SOX9的细胞进行谱系追踪。结果表明，无纤维化的愈合依赖于细胞关闭SOX9的能力。再生上皮的谱系沉默了SOX9，且在愈合时无纤维化。相比之下，未恢复顶-底细胞极性的谱系维持了SOX9的活性。单细胞RNA测序分析显示，后者处于一种SOX9^on-onCDH6⁺细胞状态。

Wnt蛋白的参与

研究人员发现，无法再生的细胞开始招募Wnt蛋白，它们也在器官发育中发挥作用。重编程的细胞产生了大量的单细胞WNT活性，在邻近的成纤维细胞中引发了纤维增生反应，导致急性肾损伤转变为慢性肾病。

具体来说，SOX9^on-off细胞谱系在愈合时没有出现纤维化，而相邻的SOX9^on-onCDH6⁺细胞表现出与肌成纤维细胞的紧密结合。肌成纤维细胞细胞位于SOX9^on-onCDH6⁺细胞附近，被鉴定为损伤诱导的WNT反应细胞。后续分析显示了这些WNT反应细胞在纤维化生成和维持中的核心作用。去除SOX9^on-on细胞的WNT分泌装置可减少肌成纤维细胞。

通过整合scRNA-seq和snATAC-seq分析的结果，研究人员进一步发现Sox9^on-on细胞核被重编程为类似祖细胞的状态，而Sox9^on-off细胞核则恢复到健康近端肾小管上皮细胞的表观遗传景观。Wnt2被确定为Sox9^on-on活性特异性的目标基因。

此后，研究人员还发现，在受伤一周后失活SOX9可促进肾脏恢复。他们在合作机构的数据库中观察到同样的过程。与SOX9失活的患者相比，维持SOX9活性的患者肾脏功能较低，且出现更多疤痕。在移植的人类肾脏中，维持SOX9的细胞也富含Wnt，并显示出纤维化增多。

总的来说，这项研究发现了哺乳动物肾脏中上皮修复状态的动态开关，其活性在单细胞水平上将再生与纤维化联系起来。这些发现提供了药物开发的靶点，也有助于开发无创生物标志物，通过尿液来诊断肾脏纤维化。