Heterogeniti Myeloid dalam Penyakit Buah Pinggang Seperti yang Didedahkan Melalui Penjujukan RNA Sel Tunggal

Abstrak

Penyakit buah pinggang mewakili beban kesihatan global yang semakin meningkat dan merupakan faktor risiko bebas untuk penyakit kardiovaskular. Sel Myeloid ialah petak selular utama sistem imun; ia ditemui dalam buah pinggang yang sihat dan semakin banyak dalam buah pinggang yang rosak dan/atau berpenyakit, di mana ia bertindak sebagai pemain utama dalam perkembangan kecederaan, keradangan dan fifibrosis. Mereka mempunyai keplastikan dan heterogen yang sangat besar, menggunakan ciri fenotip dan fungsian yang berbeza sebagai tindak balas kepada rangsangan dalam persekitaran tempatan. Walaupun kerumitan yang wujud ini masih perlu difahami sepenuhnya dalam buah pinggang, kemajuan dalam genomik sel tunggal berjanji untuk mengubahnya. Khususnya, penjujukan RNA sel tunggal (scRNA-seq) mempunyai kesan transformatif pada penyelidikan buah pinggang, membolehkan pemprofilan dan analisis transkriptom sel tunggal pada resolusi dan daya pemprosesan yang belum pernah terjadi sebelumnya, dan generasi atlas sel berikutnya. Melangkah ke hadapan, menggabungkan scRNA- dan RNA-seq tunggal-nuklear dengan transkriptomi spatial resolusi yang lebih besar akan membolehkan pemetaan spatial penyakit buah pinggang etiologi yang berbeza-beza untuk mendedahkan lagi corak sel imun dan sel buah pinggang bukan imun. Kajian ini meringkaskan peranan sel myeloid dalam kesihatan dan penyakit buah pinggang, aliran kerja eksperimen kini tersedia untuk teknologi scRNA-seq dan penemuan diterbitkan menggunakan scRNA seq dalam konteks sel myeloid dan buah pinggang.

Klik ke herba Cistanche faedah untuk buah pinggang

Rachel MB Bell dan Laura Denby

pengenalan

Buah pinggang adalah organ kompleks yang melakukan pelbagai fungsi penting untuk homeostasis fisiologi dan, akibatnya, pesakit dengan penyakit buah pinggang sering mengalami komplikasi dan komorbiditi yang ketara (1,2). Manifestasi penyakit buah pinggang adalah meluas, merangkumi kecederaan buah pinggang akut (AKI), gangguan autoimun, dan penolakan pemindahan buah pinggang, yang semuanya secara langsung atau tidak langsung dimediasi imun (3). Disebabkan oleh peningkatan kadar kelaziman, penyakit buah pinggang mempunyai kesan besar terhadap kesihatan global, baik sebagai penyebab langsung morbiditi dan kematian dan sebagai faktor risiko utama untuk penyakit kardiovaskular (1). Sel mieloid ialah sel hematopoietik nukleus yang paling banyak dalam badan, merangkumi monosit, makrofaj, sel dendritik (DC), dan granulosit. Sel mieloid membentuk lengan kritikal sistem imun dan mempunyai pelbagai fungsi (4). Dalam buah pinggang, makrofaj dan DC, terutamanya, telah ditunjukkan untuk mempengaruhi homeostasis organ, kecederaan, dan proses reparatif selepas pelbagai penghinaan. Fungsi mereka, spektrum fenotip, dan interaksi dengan sel imun dan bukan imun yang lain adalah kompleks dan tidak difahami sepenuhnya (3,5). Pemahaman kami tentang sistem imun telah maju melalui aplikasi teknologi yang membenarkan resolusi sel tunggal, terutamanya mikroskop dan sitometri aliran. Bilangan parameter yang boleh diukur secara serentak dengan teknologi ini adalah terhad dan bergantung pada pengetahuan sedia ada antigen yang ada. Sejak beberapa tahun kebelakangan ini, kemajuan dalam penjujukan RNA sel tunggal (scRNA-seq), yang bertujuan untuk mengukur tahap ekspresi gen dalam sel secara menyeluruh, telah mengubah keupayaan kita untuk memprofilkan sel imun (2,6,7)

Peranan Sel Myeloid dalam Kesihatan dan Penyakit Buah Pinggang

Sel mieloid mempunyai sifat penyesuaian, menunjukkan tindak balas sementara, pembezaan terkawal, lokasi (semula) ke dalam tisu, dan keplastikan sebagai tindak balas kepada pelbagai rangsangan persekitaran, sama ada ia bersifat homeostatik atau keradangan (4). Ini mewakili komplikasi mengenai kajian mereka di dalam buah pinggang kerana organ hemofiltrasi utama ini menawarkan persekitaran yang mencabar yang tidak seragam dari segi ruang, dan perbezaan dalam jenis sel imun dalam korteks buah pinggang dan medulla telah dilaporkan (8,9). Makrofaj adalah jenis sel myeloid yang paling banyak dalam buah pinggang dan, bersama-sama dengan DC, menyelaraskan tindak balas keradangan kepada bahan antigen yang ditapis secara bebas dan melindungi buah pinggang daripada jangkitan (8). Yang penting, mereka juga terlibat dalam permulaan dan perkembangan penyakit buah pinggang dan penjanaan semula tisu seterusnya. Oleh kerana kepelbagaian ini, secara amnya dicadangkan bahawa makrofaj dibahagikan kepada fenotip proinflamasi (M1 atau "diaktifkan secara klasik") dan reparatif tisu (M2 atau "diaktifkan secara alternatif".

Walau bagaimanapun, pencirian ini terlalu dipermudahkan dengan bukan sahaja makrofaj tetapi juga DC yang mempunyai keplastikan yang wujud. Malah, terdapat bukti kukuh untuk sel myeloid yang berkaitan dengan penyakit berkongsi gen penanda tandatangan kedua-dua ciri pro dan anti-radang (4, 10). Sel imun biasanya ditakrifkan oleh penanda permukaan sel yang berbeza, walaupun jenis sel myeloid yang berbeza mempunyai banyak penanda yang sama; oleh itu, beberapa penanda selalunya diperlukan untuk mengenal pasti jenis sel yang diminati. Di samping itu, penanda boleh berbeza antara spesies (Jadual 1). Imunohistokimia dan sesama sitometri sering digunakan untuk mengenal pasti kedua-dua penanda intra dan ekstraselular (6). Pada tikus, makrofaj pemastautin buah pinggang (CD11bloF4/80hi) berasal dari dwi hematopoietik, yang timbul daripada kantung kuning telur dan hematopoiesis definitif, dengan monosit "ronda" Ly6Clo (CD14loCD16hi pada manusia) (11–13). Di bawah keadaan keradangan, monosit Ly6Chi (CD14hiCD162 pada manusia) menyusup ke dalam buah pinggang, membezakan kepada (CD11bhiF4/80lo) makrofaj (11–13). Walaupun terhad kepada sekitar 16 parameter dan masalah yang timbul daripada pertindihan spektrum, sesama sitometri, khususnya, telah sangat berguna dan mewakili teknologi sel tunggal yang paling asas, tetapi ia tidak mungkin memberikan spektrum fenotip penuh sel mieloid (6 ,7,10).

Gambaran Keseluruhan Teknologi Penjujukan Sel Tunggal

Teknik ekspresi gen berkeupayaan tinggi, seperti microarray dan RNA-seq pukal, telah memberikan pemahaman yang lebih baik tentang transkrip organ kompleks; walau bagaimanapun, keperluan input RNA mereka mempunyai kajian terhad pada populasi terkumpul. Oleh kerana buah pinggang mengandungi .20 jenis sel yang berbeza (termasuk populasi epitelium, endothelial, mesenchymal, dan imun), profil ekspresi gen yang terhasil bagi tisu buah pinggang hanya mencerminkan purata bagi juzuk heterogen ini (14). Di dalam buah pinggang, sel tubul proksimal mendominasi bilangannya, dan dengan itu boleh mengaburkan profil ekspresi populasi yang lebih jarang. Teknologi scRNA-seq telah menangani batasan ini dengan membolehkan penyiasatan objektif transkriptom sel individu dalam sampel tertentu, dengan penjanaan atlas sel komponen buah pinggang mamalia. Terutamanya, komuniti penyelidikan buah pinggang telah dilaburkan dalam akses terbuka dan telah menjadikan data ini tersedia secara percuma melalui laman web (Jadual 2). Ini membenarkan penilaian tidak berat sebelah heterogeniti selular, pengenalpastian keadaan dan subtipe sel baharu, dan peralihan selular dinamik pada resolusi dan ketepatan yang sangat tinggi (6,14,15).

Sehingga kini, beberapa teknik scRNA-seq telah dicadangkan, dan pembangunan protokol baharu merupakan bidang penyelidikan yang sangat aktif (seperti yang disemak oleh Li dan Humphreys [16]). Secara amnya, semua eksperimen scRNA-seq berkongsi aliran kerja yang sama: penyediaan sampel, tangkapan sel tunggal, transkripsi terbalik dan amplifikasi transkrip, penyediaan perpustakaan, penjujukan dan analisis (Rajah 1). RNA-seq nuklear tunggal (snRNA-seq) ialah alternatif yang semakin popular kepada scRNA-seq. Di sini, nukleus diasingkan daripada sel dan digunakan untuk penjujukan berasaskan titisan (14). snRNA-seq telah dilaporkan mempunyai pengesanan gen yang setanding dengan scRNA-seq dalam buah pinggang dewasa dan untuk menghapuskan tindak balas tekanan transkrip yang disebabkan oleh disosiasi dalam buah pinggang fibrotik yang meradang. Selain itu, ia serasi dengan sampel beku tetapi menangkap sel imun dengan kecekapan yang lebih rendah (19). Sebab untuk ini masih tidak jelas. Oleh itu, mungkin perlu untuk mengasingkan sel CD451, yang hanya menyumbang 2 peratus -17 peratus daripada jumlah populasi sel buah pinggang (20), untuk mendapatkan gambaran yang paling mungkin tentang leukosit buah pinggang menggunakan kaedah ini.

Banyak teknik sel tunggal lain sedang dibangunkan untuk membolehkan pengukuran langsung data mikroRNA, proteomik atau metabolik, yang pendekatan scRNA-seq dan snRNA-seq tidak disediakan. Terutama sekali, pemprofilan ekspresi serentak transkrip dan protein permukaan sel- seperti penjujukan ekspresi RNA dan protein (REAP) (21) dan pengindeksan selular transkriptom dan epitop (CITE) dengan penjujukan (22) -kini mungkin, membenarkan korelasi ekspresi protein dengan data transkriptom. Di samping itu, ujian untuk kromatin boleh diakses transposase (ATAC) dengan penjujukan membolehkan pemprofilan kebolehcapaian kromatin, membolehkan penyiasatan heterogeniti epigenetik (23). Ia baru-baru ini telah digunakan dalam kombinasi dengan snRNA-seq untuk mengenal pasti keadaan sel unik dalam tubul proksimal dan anggota menaik tebal dalam buah pinggang manusia (24), dan peristiwa pembentukan semula kromatin utama dan dinamik ekspresi gen yang dikaitkan dengan perkembangan buah pinggang pada tikus (Rajah 2). ) (25).

Disebabkan buah pinggang mempunyai perbezaan serantau yang berbeza, penyetempatan anatomi dan interaksi sel antara sel adalah penting, namun faktor ini sebahagian besarnya hilang apabila menganalisis sel tunggal yang tercerai. Interaksi mungkin agak diperoleh daripada analisis pasangan reseptor-ligan untuk kemokin dan sitokin; walau bagaimanapun, visualisasi langsung perhubungan ruang antara sel diperlukan untuk menjawab soalan sedemikian sepenuhnya. Ini bermakna tidak mungkin untuk membezakan populasi leukosit yang menyusup atau tinggal di buah pinggang daripada yang mungkin beredar melalui vaskular buah pinggang (6,15). Menggabungkan scRNA-seq dan snRNA-seq dengan transkriptomi spatial boleh meningkatkan aspek ini. Sesungguhnya, Ferriera et al. (26) baru-baru ini menggunakan teknologi pelengkap ini untuk memetakan tandatangan transkriptik secara spasial dalam model AKI tetikus dan menunjukkan bagaimana ini boleh digunakan pada sampel manusia. Mereka mengenal pasti corak kolokalisasi sel imun dan epitelium dan, walaupun terhad oleh resolusi, metodologi ini mungkin akan bertambah baik dengan kerja masa depan.

Kajian scRNA-Seq dalam Kesihatan Buah Pinggang

Anatomi selular yang komprehensif bagi buah pinggang normal adalah penting untuk memahami sepenuhnya perkembangan dan penyelesaian penyakit buah pinggang; walau bagaimanapun, sehingga kini, percubaan untuk memetakan sepenuhnya populasi imun dalam buah pinggang dalam kesihatan adalah terhad. Pada 2018, Park et al. (2) menyediakan scRNA-seq sel buah pinggang murine pertama dan skala terbesar setakat ini daripada buah pinggang tikus yang sihat. Mereka mengenal pasti subtipe sel utama yang terdiri daripada nefron dan jenis sel imun buah pinggang yang diketahui sebelum ini, termasuk makrofaj pemastautin dan neutrofil. Walau bagaimanapun, ada kemungkinan beberapa subtipe myeloid tidak dapat dikesan, mungkin disebabkan oleh jenis sel imun yang menyumbang sebahagian kecil dalam buah pinggang yang tidak cedera dan/atau disebabkan oleh penyediaan sampel kerana kira-kira 25 peratus sel tidak melepasi kawalan kualiti dalam kajian ini.

Kajian utama baru-baru ini menggunakan scRNA-seq dengan aliran dan sitometri jisim untuk menentukan landskap imun global dalam buah pinggang dewasa dan janin manusia yang sihat, memprofilkan sel sepanjang jangka hayat (9). Fagosit mononuklear (MNP), sel pembunuh semulajadi (NK) dan sel T adalah yang paling lazim, dan empat subset MNP, neutrofil, sel mast, dan DC plasmacytoid (pDCs) telah dikenal pasti dalam petak myeloid buah pinggang yang matang. Kluster MNP didominasi oleh dua populasi makrofaj yang berasal dari monosit: satu secara transkripsi serupa dengan CD141 monosit klasik, dan satu lagi kepada CD161 monosit bukan klasik. Ia juga mengandungi populasi DC (CDC) konvensional dan populasi tisu-makrofaj yang condong ke arah transkriptom M2 anti-radang yang menyatakan CD206. Di samping itu, penyelidik menunjukkan penyetempatan anatomi sel imun dengan merujuk kerja mereka kepada data RNA-seq pukal yang tersedia secara terbuka yang dihasilkan daripada kawasan buah pinggang yang diketahui, mendedahkan taburan pembezaan subset imun dalam medula dan pelvis berbanding dengan korteks. Analisis interaksi reseptor ligan, yang menunjukkan perbincangan silang sel epitelium dan imun, diramalkan untuk menyetempatkan makrofaj dan neutrofil antibakteria ke kawasan buah pinggang yang paling terdedah kepada jangkitan menaik dari saluran kencing. Ini adalah selaras dengan kerja sebelumnya yang menunjukkan kepekatan natrium interstisial tinggi medulla merangsang pengeluaran kemokin oleh sel epitelium tiub, yang membantu kedudukan makrofaj untuk menentang ancaman imunologi yang ditimbulkan oleh jangkitan bakteria menaik (8). Keupayaan untuk mengatur penyetempatan sel imun ke kawasan tertentu tidak terdapat dalam buah pinggang janin, dengan pemerolehan tandatangan transkrip selepas bersalin menunjukkan peranan dalam keradangan dan pertahanan imun (9). Satu lagi kajian terbaru oleh Menon et al. (27) mengenal pasti sel imun pemastautin dalam sampel manusia yang tidak berpenyakit daripada tumor-nefrectomy, pengawasan, dan biopsi reperfusi; ini termasuk dua kelompok myeloid, walaupun mereka tidak ditakrifkan ke dalam subtipe.

Perubahan dinamik dalam sistem imun adalah ciri penuaan (28). Baru-baru ini, scRNA-seq telah dilakukan pada .350,000 sel daripada beberapa organ dan tisu yang diambil daripada tikus C57BL/6J yang tergolong dalam kumpulan umur antara 1 hingga 30 bulan (29). Selepas pengiraan skor kepelbagaian keseluruhan, dua kelompok makrofaj buah pinggang telah dikenal pasti yang komposisinya berubah dengan ketara mengikut umur. Satu kluster kebanyakannya terdiri daripada sel daripada 1- dan 3-tikus berusia sebulan yang diperkaya dengan tandatangan anti-radang (cth, Cq1a, Cd74, Cd81). Sebaliknya, kelompok lain terutamanya terdiri daripada sel daripada 18-, 21-, 24- dan 30-tikus berusia sebulan yang menyerupai keadaan makrofaj proinflamasi (cth, Intgal, Msrb1). Pada masa ini, kajian penuaan komprehensif seperti itu pada manusia tidak ada, tetapi ini penting untuk dilakukan pada masa hadapan kerana kelaziman penyakit buah pinggang meningkat dengan usia (1).

Walaupun kajian telah dijalankan ke atas kedua-dua tisu manusia dan tetikus, terdapat kekurangan dalam memperoleh sampel manusia segar yang mencukupi, menonjolkan kepentingan mengatasi isu translasi. Kajian telah mengenal pasti penanda jenis sel myeloid yang jelas merentasi tisu murine, tetapi mereka tidak mempunyai pemuliharaan merentas spesies. Contoh yang terkenal ialah F4/80 (dikodkan oleh adgre1), yang digunakan untuk mengenal pasti makrofaj pemastautin tisu pada tikus tetapi tidak dinyatakan oleh populasi makrofaj pada manusia. Tambahan pula, penanda yang digunakan secara sejarah untuk membezakan DC daripada makrofaj, seperti CD11c dan MHCII, kini diketahui biasanya dinyatakan oleh makrofaj tisu (28, 30). Zimmerman et al. (31) menggunakan scRNA-seq untuk mengenal pasti penanda khusus makrofaj buah pinggang rentas spesies. Sel CD451, dengan populasi limfosit dikecualikan, telah diasingkan daripada satu tikus, tikus, babi, dan buah pinggang manusia, mendedahkan sekumpulan sel yang menyatakan C1q. Analisis scRNA-seq lain bagi seluruh tisu buah pinggang daripada tikus (2,10) dan manusia (32) juga telah mengenal pasti kelompok pengekspres C1q ini. Dalam kelompok pengekspres C1q, penanda permukaan novel Cd74 dan Cd81 telah dikenalpasti sebagai penanda calon berpotensi makrofaj pemastautin buah pinggang merentas spesies (31). Ini telah disahkan oleh analisis sitometri aliran yang menunjukkan sel CD741 CD811 lebih banyak dalam pemastautin (CD11bloF4 / 80hi) berbanding dengan makrofaj yang menyusup (CD11bhiF4 / 80lo), dan mereka mengesahkan pertukaran minimum dengan sel yang berasal dari sumsum tulang menggunakan model tetikus parabiotik. Ia masih tidak diketahui sama ada calon-calon ini berbeza-beza sepanjang tempoh keradangan. Sesungguhnya, ungkapan C1qa berbeza-beza melebihi 12 subset myeloid dalam kajian halangan ureter (R-UUO) unilateral kami yang boleh diterbalikkan (10). Pada masa hadapan, adalah penting untuk menyiasat lebih lanjut kesan ketegangan tetikus untuk mengkontekstualisasikan penemuan. Sesungguhnya, strain tikus makmal inbred boleh sangat berbeza dalam corak tindak balas imun mereka; contohnya, selepas kecederaan reperfusi iskemia unilateral (IRI) 129/Sv tikus telah ditunjukkan mempunyai lebih sedikit leukosit menyusup berbanding tikus C57BL6/J (33).

Kajian scRNA-Seq dalam Kecederaan dan Penyakit Buah Pinggang

Kemasukan sel myeloid yang bergantung kepada fasa dan perubahan dalam fenotipnya berlaku semasa tempoh penyakit buah pinggang (34). Untuk menentukan landskap selular dalam perkembangan AKI kepada penyakit buah pinggang kronik (CKD), Valle Duraes et al. (35) menggunakan scRNA-seq dalam model IRI unilateral dengan atau tanpa nefrektomi kontralateral serta-merta untuk mengkaji pertumbuhan semula buah pinggang atau fifibrosis, masing-masing. Tujuh kelompok utama telah dikenalpasti, termasuk makrofaj pemastautin dan radang, neutrofil/monosit, DC/monosit, sel NK, sel T, dan sel B. Buah pinggang yang sihat dikuasai oleh makrofaj pemastautin, manakala, selepas kecederaan, makrofaj keradangan berkembang dengan ketara dan makrofaj pemastautin hilang, tanpa mengira model yang digunakan atau titik masa selepas kecederaan. Populasi campuran neutrofil/monosit dan DC/monosit juga berkembang selepas kecederaan. Dalam kajian lain, snRNA-seq digunakan dengan model IRI dua hala AKI (36). Walaupun tubul proksimal menjadi tumpuan di sini, enam kluster leukosit telah dikenalpasti: tiga subtipe makrofaj, DC, sel T, dan sel B. Analisis ligan-reseptor yang dilakukan pada gugusan leukosit gabungan mencadangkan perubahan dalam isyarat Ccl2 (tubulointerstitium) kepada Ccr2 (leukosit) dari semasa ke semasa; fibroblas dan sel endothelial ialah jenis sel pertama yang memberi isyarat kepada leukosit, diikuti oleh isyarat leukosit-leukosit dan peningkatan isyarat Ccl2-Ccr2 daripada tubul proksimal yang gagal dibaiki pada 2 hari dan 6 minggu selepas kecederaan. Kelompok makrofaj fifi pertama dan kedua berkemungkinan besar bermastautin dan makrofaj radang berdasarkan penanda seperti F13a1 dan Vcan. Kelompok ketiga menyatakan tahap tinggi Mmp12, metalloproteinase khusus makrofaj, dan Gpnmb, pengawal selia negatif keradangan yang dicadangkan untuk menggalakkan polarisasi M2. Ini dan kluster DC paling banyak pada 2 dan 6 minggu selepas kecederaan apabila buah pinggang berada dalam fasa reparatif. Kumpulan kami baru-baru ini menggunakan scRNA-seq dalam model R-UUO tetikus, di mana regresi fifibrosis tubulointerstitial yang ditubuhkan, ciri CKD, berlaku selepas pembalikan halangan (10). Menariknya, kami juga melaporkan gugusan makrofaj yang hanya terdapat dalam buah pinggang yang telah mengalami pembalikan UUO; ia juga dicirikan oleh ekspresi Mmp12 dan reseptor scavenger, termasuk Gpnmb dan Mrc1. Kami sebelum ini telah melaporkan profaj mac Mmp121 yang serupa di hati semasa penyelesaian penyakit hati (37). Walaupun sel Mmp121 ini dipetakan kepada makrofaj pada pangkalan data Projek Genom Imunologi, mereka secara logiknya menyerupai monosit dan menyatakan tahap Ccr2 yang tinggi tetapi tahap rendah F4/80 oleh imunofluoresensi. Tambahan pula, transkrip mereka paling hampir sejajar dengan monosit yang menyusup ke buah pinggang semasa pemulihan daripada IRI. Kami mendapati bahawa monosit yang berasal dari sumsum tulang yang diberi kolagen berlabel FITC meningkatkan ekspresi Mmp12 dan Gpnmb mereka, mencadangkan fagositosis kolagen boleh mendorong ekspresi penanda ini.

Dalam pencirian sel myeloid kami dalam kecederaan dan pembaikan buah pinggang, kami mengenal pasti sebelas lagi subset sel myeloid dalam model R-UUO, termasuk beberapa dengan fenotip novel. Ini dilakukan secara unik dengan mengintegrasikan titisan dan scRNA-seq berasaskan plat dengan kaitan indeks untuk memetakan subset ke pintu monosit dan makrofaj pada sitometri aliran (10). Tiga kelompok monosit telah dikenal pasti: rondaan dan subtipe radang, dan subtipe "profibrotik" unik yang menyatakan Arg1 yang secara eksklusif hadir pada UUO hari 2 (fasa kecederaan akut). Sel Arg11 ini menyatakan penanda monosit radang Ly6C1, termasuk Ccr2 dan F13a1, walaupun bukan Ly6c2. Selain itu, mereka ditunjukkan untuk menyatakan gen hipoksia, profibrotik, dan proinflamasi, bersama-sama dengan gen yang mengekod komponen matriks ekstraselular dan penyambung silang matriks ekstraselular. Bersama-sama dengan beberapa pasangan reseptor ligan yang didedahkan antara monosit Arg11 dan sel mesenchymal, data ini mencadangkan sel Arg11 boleh diperoleh daripada monosit Ly6C1 yang direkrut yang menjadi diaktifkan secara akut ke arah fenotip profibrotik dalam persekitaran hipoksik dan keradangan buah pinggang yang cedera. Sesungguhnya, terdapat gelombang kemasukan monosit semasa kecederaan buah pinggang progresif kronik (35).

Menariknya, dalam model kecederaan buah pinggang akibat sepsis, subkluster makrofaj menunjukkan peningkatan ekspresi Arg1 pada titik masa selepas kecederaan kemudian, walaupun dengan penanda pengaktifan makrofaj alternatif, seperti Mrc1 (38). Kami selanjutnya menjejaki nasib sel imun yang beredar direkrut ke buah pinggang menggunakan pertukaran darah berpasangan. Ia mempunyai kelebihan berbanding parabiosis kerana sel penderma kekal dalam jumlah besar dalam edaran untuk masa yang agak singkat, justeru, membenarkan pengesanan sel pada beberapa titik masa selepas kecederaan atau semasa penyelesaian penyakit. Dengan menggabungkan pertukaran darah berpasangan, sitometri aliran, dan analisis pseudotime, kami menunjukkan pengambilan awal monosit penderma kepada buah pinggang yang terhalang pada UUO hari ke-2; pada UUO hari ke-7, mereka beralih kepada makrofaj CCR2hi dengan transkriptom yang hampir sama dengan makrofaj pemastautin. Kerja lain menunjukkan sel CCR21 memudaratkan: dalam model IRI dengan penyahaktifan CCR2, terdapat pengurangan dalam pengembangan makrofaj F4/80 buah pinggang dan keterukan fifibrosis buah pinggang (5). Ia masih perlu ditentukan sama ada populasi novel ini hadir pada semua peringkat dalam konteks CKD; sebagai contoh, adakah makrofaj Mmp121 hadir pada titik awal kecederaan di mana mekanisme pembaikan buah pinggang endogen aktif dan cuba pembaikan, atau hanya apabila matriks parut hadir tanpa rangsangan kecederaan yang berterusan? Dhillon et al. (39) melakukan analisis scRNA-seq pada buah pinggang tikus yang sihat dan fibrotik daripada model nefropati asid folik. Empat belas kluster imun telah dikenal pasti, berbanding dengan hanya lima dalam kajian terdahulu mereka (2), termasuk makrofaj, subkluster DC (CD11b1 / 2, PDC), granulosit, dan limfosit. Satu lagi kajian membandingkan scRNA-seq dan snRNA-seq pada buah pinggang tikus yang terhalang (fibrotik) pada UUO hari ke-14. Kedua-dua kaedah mempunyai pengesanan gen yang setanding; walau bagaimanapun, berbanding dengan scRNA-seq, snRNA-seq mempunyai kecenderungan pemisahan yang dikurangkan dan tindak balas tekanan transkripsi yang disebabkan oleh pemisahan (19).

Satu kluster makrofaj telah dikenal pasti di sini, walaupun penyelidik mengenal pasti gugusan tubul proksimal "terbeza" novel yang menyatakan banyak sitokin proinflamasi yang dirembes, termasuk Ccl2, sitokin proliferatif makrofaj IL-34 dan kemoattraktan neutrofil Cxcl1 dan Cxcl2. Kajian ini, sekali lagi, menunjukkan bahawa snRNA-seq tidak berkemampuan seperti scRNA-seq untuk mengesan populasi imun dalam buah pinggang yang rosak dan meradang. Sememangnya, kumpulan yang sama melakukan snRNA-seq pada sampel buah pinggang kencing manis manusia yang dipelihara (40). Buah pinggang kencing manis didapati mempunyai peningkatan bilangan leukosit berbanding dengan buah pinggang kawalan, seperti yang dijangkakan. Monosit, sel plasma, sel T, dan sel B dikesan; Walau bagaimanapun, populasi makrofaj tidak, walaupun peranan makrofaj dalam diabetes jenis 2 didokumentasikan dengan baik (41). Penyelidik selanjutnya membandingkan sampel diabetes mereka dengan set data PBMC yang tersedia secara umum kerana bilangan leukosit dalam sampel kawalan adalah kecil. Penanda keradangan yang meningkat diperhatikan dalam kedua-dua monosit CD141 diabetes dan monosit CD161 yang menyusup. Baru-baru ini, Kuppe et al. (42) menghasilkan peta sel tunggal buah pinggang manusia, dengan tumpuan pada perkembangan tubulointerstitium dan fifibrosis dalam CKD. Walau bagaimanapun, dalam sel disusun CD102 (tubular bukan proksimal), tiga subtipe makrofaj, monosit, DC, dan sel mast telah dikenal pasti, seperti sel NK, T dan B. Penyelidik mencadangkan model kerja laluan yang terlibat dalam fifibrosis buah pinggang, tetapi sel imun, yang memainkan peranan penting dalam isyarat profibrotik, tidak hadir dalam model ini, walaupun telah ditangkap. Memperluaskan lagi pemahaman kita tentang sel imun dalam keadaan patologi yang berbeza, satu kajian menggambarkan landskap imun buah pinggang manusia pada pesakit lupus nefritis, komplikasi kerap lupus erythematosus sistemik (43).

Sampel buah pinggang daripada pesakit lupus nefritis dan daripada kawalan sihat dianalisis menggunakan scRNA-seq. Ini mendedahkan dua puluh satu kluster imun, termasuk banyak subset sel myeloid dalam kedua-dua tindak balas proinflamasi dan tindak balas penyelesaian keradangan: makrofaj CD161 radang, makrofaj CD161 fagositik, makrofaj pemastautin tisu, M2-seperti makrofaj CD161, cDC dan pDCs. Makrofaj pemastautin tisu adalah kelompok dominan dalam buah pinggang yang sihat. Sel myeloid juga semakin dikenali sebagai pemain utama dalam penolakan pemindahan. Dangi et al. (18) menggunakan scRNA seq untuk membedah sumbangan subset sel myeloid kepada penolakan pemindahan buah pinggang dalam model tetikus. Tiga belas kluster dikenal pasti sebagai jenis sel imun, termasuk dua subset makrofaj, monosit, pDC, cDC, dan populasi monosit/makrofaj peralihan. Seperti yang dijangkakan, bilangan sel dalam semua kluster sel imun adalah yang paling tinggi dalam menolak buah pinggang, diikuti oleh buah pinggang yang boleh diterima, dan ia adalah lebih rendah dan sering diabaikan dalam buah pinggang naif. Kelompok makrofaj adalah yang kedua paling banyak di belakang sel T. Menariknya, antara gen penentu kluster teratas, Axl secara eksklusif dinyatakan hanya oleh kluster sel myeloid yang menyusup graf makrofaj 1 dan 2, dan kluster makrofaj/monosit, tetapi bukan oleh mana-mana jenis sel lain. Makrofaj Axl11 didapati jauh lebih tinggi dalam buah pinggang yang ditolak berbanding buah pinggang yang diterima, dan Axl menggalakkan pembezaan intragraf makrofaj radang. Dalam satu lagi kajian scRNA-seq, Wu et al. (32) menganalisis biopsi allograf buah pinggang daripada penerima yang menjalani penolakan akut. Mereka mengenal pasti dua populasi monosit yang berbeza, mungkin proinflamasi dan klasik atau pertengahan, seterusnya menyokong peranan sel myeloid dalam penolakan buah pinggang pada manusia.

Kesimpulan

Sejak beberapa tahun kebelakangan ini, genomik sel tunggal (dengan scRNA-seq mendahului) telah menyediakan penyelidik dengan kotak alat eksperimen baharu untuk membedah peranan dan interaksi jenis sel individu dalam kesihatan dan penyakit. Ia membenarkan penilaian semula pemahaman kita tentang biologi sel myeloid dalam organ kompleks, termasuk aspek ontogeni selular, pembezaan, homeostasis dan julat keadaan pengaktifan. Ini amat penting dalam buah pinggang, di mana heterogeniti dan keplastikan sel dalam petak myeloid dicerminkan di bawah kedua-dua keadaan homeostatik dan penyakit. Penyepaduan set data daripada eksperimen berasingan menggunakan sampel manusia akan menjadi penting; manusia secara genetik heterogen dan mempunyai pendedahan persekitaran yang berubah-ubah, dan perolehan sampel yang mencukupi boleh menjadi satu cabaran. Ini juga menyerlahkan keperluan untuk terus menentukan kebolehterjemahan penemuan kami. Aplikasi scRNA-seq dalam kedua-dua penyelidikan asas dan translasi dijangka berkembang dengan pesat dengan kemajuan berterusan dan penyeragaman kaedah eksperimen dan analitik.

untuk maklumat lanjut:ali.ma@wecistanche.com