【肾世图卷】Journal Club - 20期

「Journal Club」20期

NO.1  APOL1相关足细胞病的发病机制

载脂蛋白L1基因( APOL1 ) 编码一种很重要的防御锥虫寄生虫的血浆蛋白。

APOL1的两个突变基因，G1和G2，在最近西非血统的人群(包括许多非洲加勒比人和非裔美国人)中的流行率增加 。

拥有2个风险等位基因与肾脏疾病的风险显著增加相关，尤其是足细胞病(与HIV和冠状病毒病[COVID-19]相关的塌陷性肾小球病)，以及非糖尿病慢性肾病、高血压相关的终末期肾病和原发性局灶节段性肾小球硬化。

多项研究表明，APOL1的足细胞表达启动损伤，但这个过程的确切机制仍然知之甚少。

既往认为APOL1的过表达可能导致肾细胞膜上孔隙的形成或引起线粒体功能障碍。

在这篇文章中，作者使用了足细胞特异性条件性地表达人类APOL1的转基因小鼠模型，表明风险等位基因激活了先天免疫系统的特定途径。

这些途径在细胞防御病毒等病原体中起重要作用，包括细胞溶质核苷酸传感器、干扰素基因刺激体(STING)和NLR家族pyrin结构域3(NLRP3)炎性体，以及其下游效应器gasdermin D(GSDMD)，后者是细胞焦亡和细胞因子(如白细胞介素1β)释放的关键介质。

在G2 APOL1引起的肾小球损伤中，通过敲除这些途径中的关键基因，可以在很大程度上阻止足细胞损伤。

MCC950、双硫仑和C176是NLRP3、GSDMD和STING的强效和选择性抑制剂，不仅在早期很大程度上预防G2 APOL1诱导的肾小球疾病，且在后期开始治疗时也可以改善损伤。

使用来自显微切割的人类肾小球的RNA测序数据，发现STING、炎性体和焦亡途径的关键基因的表达与APOL1的高表达相关，但无法确认人体组织中APOL1亚型的特异性关联。

以上发现建立了由APOL1风险变异基因诱导的足细胞病的合理机制，且在高危个体中，观察到的二次打击(尤其是病毒和高干扰素状态)诱发肾小球疾病的需求一致，且指出了APOL1相关肾病的几个有希望的治疗靶点 。

NO.2  肾断层扫描

使用分层相差断层扫描对肾脏进行结构成像

Walsh等学者使用位于European Synchrotron Radiation Facility的第一个高能第四代同步加速器源解决了整个人体器官的3维(3D)成像问题。

利用这个资源，开发了一种称为分层相差断层扫描(HiP-CT)的技术，在体外进行器官成像，包括肾脏。

进行了3次扫描，分辨率逐渐提高，分别为25、6.5和1.3-2.5μm/voxel 。

在25μm/voxel的分辨率下，扫描整个人体肾脏大约需要3.5小时。

在25μm/voxel扫描时，容易辨别肾盂和肾的骨盆和肾盏。提高分辨率可分辨单个肾小球。

除了生成完整肾单位的图像外，HiP-CT还提供了对肾脏中肾小球总数的估计，并以更高的分辨率估计了肾小球的体积、表面积和球形度。高分辨率HiP-CT图像与肾脏扫描区域的组织切片几乎相似。

这项技术可用于研究在各种疾病中肾脏的变化，以及肾单位在面对衰老或损伤时如何在结构上适应。

通过检查整个器官，可以解释损伤的异质性，这与肾活检不同。

虽然目前HiP-CT只能应用于离体组织，成像技术的这种进步，为实现肾脏体内高分辨率成像以确定肾脏疾病奠定了基础。

NO.3  血管钙化 

sirtuin 6在CKD患者血管钙化中的作用

Sirtuins是保守的NAD+依赖性蛋白质脱乙酰酶，其发挥有益作用，减缓衰老过程并保护细胞免受各种病理影响，包括预防心肌肥大和慢性肾病(CKD)进展。

Sirtuin 6(SIRT6)是一种III类组蛋白去乙酰化酶和关键的表观遗传调节剂，既往研究提示其参与成骨分化和骨矿化。

迄今为止SIRT6是否也在CKD患者的血管钙化中发挥作用仍然未知 。

本研究发现与没有血管钙化的慢性血液透析患者相比，从有血管钙化的慢性血液透析患者中获得的外周血单个核细胞(PBMC)和桡动脉组织血管平滑肌细胞(VSMC)中，SIRT6基因和蛋白表达显著下调。

SIRT6转基因(SIRT6-Tg)CKD小鼠表现出血管钙化的减轻，而具有血管平滑肌细胞特异性SIRT6缺失的CKD小鼠发展为严重的血管钙化。

SIRT6在体外抑制暴露于高磷酸盐浓度的血管平滑肌细胞向成骨细胞样细胞的转分化，其机制为通过增强骨形成的主要调节因子runt相关转录因子2(Runx2)的去乙酰化。

SIRT6对Runx2的去乙酰化进一步促进了通过exportin1的核输出，进而通过泛素-蛋白酶体系统导致Runx2降解。

SIRT6通过抑制血管平滑肌细胞的成骨转分化预防血管钙化。

SIRT6靶向可作为CKD患者血管钙化潜在的有吸引力的治疗靶点 。

NO.4  肾类器官 

通过整合多能干细胞来源的肾基质产生高阶结构的肾脏类器官

鼠肾脏发育过程中，胚胎(E)9.5d时， Osr1+的中间中胚层(IM)后部分化为肾单位祖细胞(NPs)和基质祖细胞(SPs)

肾基质在协调并构建肾脏中发挥着关键作用。多能干细胞(PSC)衍生的肾脏类器官缺乏肾脏的宏观解剖结构，目前尚无将PSC分化为肾基质的方案。

在这项研究中，研究人员发现在小鼠E11.5的肾脏中，表达FOXD1、T-Box转录因子18 (TBX18)和ISL LIM homobox1(ISL1)的SPs分布在在肾脏的背、腹侧不同区域，其中Foxd1+的SP不仅有助于形成大多数肾内基质，且比Foxd1-的SP更有效地诱导输尿管芽(UB)分支。

E11.5小鼠肾脏的单细胞RNA测序(scRNA-seq)显示，视黄酸(RA)信号分布在整个基质中，而成纤维细胞生长因子(FGF)和骨形态发生蛋白(BMP)信号分别优先检测在背侧和腹侧基质。

FGF9、RA、Sonic Hedgehog(SHH)和LDN193189诱导了E9.5时IM(包括Osr1+细胞)的roundabout guidance receptor 2 (ROBO2)+/血小板生长因子受体α(PDGFRA)+的SPs进入肾背侧，在E11.5与肾脏衍生的NP和孤立的UB聚集后，这些SPs诱导了广泛的UB分支。

采用已建立的NP诱导方案，从分化的第6.5天分选出来的ROBO2+/PDGFRA+细胞通过以上信号因子诱导为肾背侧SP(iSP)。当小鼠胚胎干细胞(mESC)衍生的iNP、iUB和iSP聚集并培养7天后，生成的肾脏类器官成功地建立了肾脏的器官结构。

具体来说，Ret和Wnt7b表达表明UB的尖端茎，而Six2+NPs和Foxd1+SPs包裹在UB尖端周围。此外，通过原位杂交发现ALX homobox1(Alx1；髓质)、赖氨酰氧化酶(Lox；皮质)和鳍芽起始因子同源物(Fibin；最外层)的阳性，证明皮质和髓质的形成。

在植入免疫缺陷小鼠的肾包膜下方后，这些肾脏类器官形成强大和成熟的UB分支(表达水通道蛋白2[AQP2]和CAR2)，以及功能性血管(表达EH domain containing 3[Ehd3]和间隙连接蛋白alpha5[Gja5])

肾间质不仅建立了皮、髓质组织，还分化为肾小球系膜细胞和肾素细胞。还观察到输尿管样结构，由表达uroplakin1B (UPK1B)的上皮组成，该上皮被表达肌球蛋白重链11(MYH11)的基质包围。

总之，本研究开发了一种从mESC中衍生肾背侧SP的方法，再与mESC衍生的iSP、肾单位祖细胞(iNPs)和输尿管芽(iUB)聚集，产生了具有“高阶”结构的肾脏类器官，从而实现了结构和功能的成熟。

参考文献

1. J Clin Invest. 2021;131(20):e136329.

2.Nat Methods. 2021;18(12):1532–1541.

3.J Clin Invest. 2022;132(1):e150051.

4.Nat Commun. 2022;13(1):611.

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