单细胞转录组揭示吉富罗非鱼肾脏高盐胁迫下的细胞适应性机制及其在鱼类渗透调节中的关键作用

本研究针对鱼类在高盐环境下肾脏细胞适应性机制不明的科学问题，通过单细胞RNA测序技术构建了吉富罗非鱼肾脏细胞图谱。研究发现壁上皮细胞在盐胁迫下显著扩增并呈现向足细胞分化的潜能，鉴定出kirrel1b作为成熟足细胞特异性标记基因，同时揭示肾小管上皮细胞通过脂代谢重编程适应高盐环境。该研究为鱼类渗透调节机制提供了单细胞水平的理论依据，对培育耐盐养殖品种具有重要指导意义。

　　

在 aquaculture 产业快速发展的今天，盐度适应性问题正成为制约鱼类养殖的关键瓶颈。作为全球第二大养殖鱼类的罗非鱼，虽然具备广盐性特征，但长期高盐环境会导致其生长性能下降、免疫抑制甚至死亡。传统研究多聚焦于鳃组织的离子转运机制，而作为脊椎动物重要渗透调节器官的肾脏，其细胞特异性响应机制却始终笼罩在迷雾中。更棘手的是，常规转录组技术无法解析肾脏中异质性细胞群体的精准应答模式，这就像试图用卫星地图来观察城市中每栋建筑的应急响应——分辨率远远不够。

中山大学生命科学学院水生经济动物研究所的研究团队在《Water Biology and Security》发表的研究，首次采用单细胞RNA测序技术绘制了吉富罗非鱼肾脏细胞图谱。研究人员通过渐进式盐度驯化建立高盐模型，整合组织学分析、RNA原位杂交和脂质含量检测，系统揭示了肾脏细胞在27 ppt高盐胁迫下的动态重塑过程。

关键技术方法包括：对淡水组和高盐组各2个肾脏样本进行10× Genomics单细胞文库构建；基于UMAP降维和保守标记基因鉴定16种肾脏细胞类型；运用RNA velocity和Monocle2分析细胞分化轨迹；采用AUCell算法评估脂代谢相关基因集活性。

3.1 高盐胁迫下吉富罗非鱼肾脏的组织学变化

组织病理学显示高盐组肾小管腔扩张、刷状缘减少，鲍曼氏腔扩大伴随肾小球毛细血管袢减少，提示肾脏结构在高渗环境下发生显著重构。

3.3 吉富罗非鱼肾脏细胞图谱

鉴定出16个特征鲜明的细胞群，包括足细胞、血管内皮细胞和肾小管上皮细胞等。其中壁上皮细胞亚群PEC-B在高盐组比例从5.3%激增至13.0%，暗示其在盐适应中的核心作用。

3.6 壁上皮细胞与足细胞的互作关系

RNA velocity分析揭示PEC-B1与足细胞前体细胞存在动态转化，PAGA轨迹显示PEC-B2作为免疫调节枢纽可分化为PEC-B1和PEC-B3，构成复杂的细胞命运调控网络。

3.8 足细胞分化轨迹解析

伪时序分析将足细胞划分为前体细胞、未成熟足细胞和成熟足细胞三个阶段。关键发现kirrel1b特异性表达于成熟足细胞，该基因正位于先前GWAS鉴定的盐耐受QTL区间，为其功能研究提供了新靶点。

3.11 肾小管上皮细胞脂代谢重编程

脂代谢评分显示高盐组近端小管、远端小管等区段的脂滴形成相关基因表达显著下调，尤以plin2、srebf2和dgat1最为显著。酶法检测证实肾脏甘油三酯含量降低，印证了单细胞数据的可靠性。

这项研究不仅绘制了首个鱼类肾脏单细胞响应图谱，更揭示了壁上皮细胞作为"细胞储备库"在高盐适应中的核心地位。从应用角度看，kirrel1b的发现为分子育种提供了精准标记，而肾小管脂代谢调控机制的解析则为开发抗应激饲料添加剂指明了方向。在基础研究层面，该工作建立了从细胞群体动态到关键基因功能的完整研究范式，为比较肾脏学研究提供了宝贵资源。特别值得注意的是，研究揭示的PECs-PODs转化规律可能保守存在于脊椎动物中，这为哺乳动物急性肾损伤修复机制研究提供了新的思路。