左為團隊與陳香美、蔡廣研團隊合作研究成果發表於《蛋白質與細胞》，為腎臟再生醫學療法帶來希望
來源：醫學院 時間：2021-01-12 瀏覽：1月9日，我校醫學院左為教授團隊與解放軍總醫院腎臟病醫學部陳香美院士、蔡廣研教授團隊合作，在《蛋白質與細胞》（Protein & Cell）期刊在線發表題為「Single-cell RNA-Seq analysis identified kidney progenitor cells from human urine」的論文，首次系統繪製了尿液單細胞圖譜，從中鑑定得到SOX9+腎前體細胞。這群來源於腎小管上皮層的SOX9+細胞能夠從健康人和慢性腎病患者的尿液中分離並擴增，並可被移植到小鼠腎內，具有重建腎小管結構、修復腎臟損傷的作用。
急慢性腎臟疾病導致的腎功能衰竭嚴重威脅人類健康，困擾著全國近1.5億腎病患者。傳統的藥物治療和透析治療難以逆轉腎臟結構的損傷和腎功能的持續下降。在此情況下，除了異體腎移植手術外，基於成體組織幹細胞（前體細胞）移植的再生醫學新技術有望為臨床上治療這類疾病帶來新的思路。
為了研究人尿液中各種細胞類型的組成和作用，研究團隊採集了健康成年人尿液進行單細胞測序分析，最終利用單細胞測序技術從尿液中鑑定到了7種細胞類群，包括4種不同類型的免疫細胞群體和3種泌尿系統來源的上皮細胞群體。上皮細胞群體包括NPHS2+腎小球足細胞、KRT8+PSC-腎小管細胞和KRT8+PSCA+泌尿道上皮細胞等。對於KRT8+PSC-腎小管細胞群體，研究團隊進一步將其來源細分至腎小管各段。經鑑定，在該群體中存在大量來源於集合管的細胞，此外也存在來源於近端腎小管、亨利氏袢，及遠端腎小管的細胞類型。同樣，對於KRT8+PSCA+泌尿道上皮細胞，研究人員也通過分析發現其中主要的細胞亞群是覆蓋在泌尿道表面的KRT18+傘形細胞上。研究團隊還重點關注了健康成年人尿液中是否存在參與組織修復與再生的細胞群體。結果顯示：尿液細胞群體中有約1.9%的SOX9+細胞，這群細胞主要來源於腎小管。通過擬時序分析研究細胞軌跡，研究團隊發現這群SOX9+細胞同時具有SOX4+/Notchhigh表型，且可分為「Podocyte branch」和「Tubular branch」兩個分支，從而提示SOX9+細胞是尿液中存在的具有自我更新和分化潛能的腎前體細胞。
尿液單細胞圖譜及尿液中腎前體細胞的分離培養
隨後，研究團隊利用開發的成體上皮幹細胞培養體系，成功地從健康人和慢性腎病患者的尿液中分離並長期培養了上述SOX9+腎前體細胞。轉錄組分析測序證實分離到的SOX9+腎前體細胞能夠高表達多種幹細胞特徵基因，而不表達成熟的腎小管和腎小球上皮特徵基因。這群細胞具有自我更新能力，最長可在體外培養6個月、傳代25次以上的條件下，保持其基因組的穩定性。
值得一提的是，研究團隊把從健康人或慢性腎病患者尿液中分離的細胞進行GFP綠色螢光蛋白標記後，移植到損傷小鼠的單側腎臟中。14天後，在小鼠腎內觀察到大面積外源性人源細胞整合，成功構建出了「人-鼠嵌合腎」。這些GFP+細胞在損傷的區域形成了類腎小管的管狀腔體結構，且表達不同分段的腎小管特徵基因，如PAX8、ATP1A1、SLC22A6和UMOD等。對於接受了細胞移植的腎損傷小鼠，研究人員把帶有紅色螢光標記的小分子葡聚糖經靜脈注射到其血液循環中，發現這種葡聚糖在GFP+人源腎小管結構中聚集，說明由移植的人源腎前體細胞分化形成的近端小管有功能性地與小鼠自身的腎小球過濾系統相連。
GFP+人源腎前體細胞腎內移植構建「人-鼠嵌合腎」，修復腎損傷
該研究最大亮點在於其臨床轉化價值。一方面，尿液單細胞圖譜的構建將有助於今後開發無創的腎臟細胞學檢測技術，與當下常用的腎臟活檢技術互為補充，為複雜腎臟疾病的診斷和靶向治療提供支持。另一方面，團隊成功地在健康人和慢性腎病患者的尿液中鑑定、分離和長期培養了具有腎再生潛能的SOX9+腎前體細胞類群，解決了供體細胞的來源問題，並建立了腎內細胞移植平臺技術，這一成果為腎臟的再生醫學療法帶來了新希望。
左為團隊的特色在於其在幹細胞領域具有從基礎研究到臨床試驗的全鏈條轉化研究能力。該團隊長期致力於肺幹細胞相關的基礎研究工作(Zuo,Nature,2015;Ma,Protein Cell,2018;Zhou,EMBO Mol Med,2020;Zhao,AJRCCM，2020)，接連獲得一系列重大突破。而基於此開展的臨床轉化項目從2017年迄今為止已被國家衛健委備案批准用於治療間質性肺病、慢性阻塞性肺病和支氣管擴張症的臨床研究，2020年7月被國家藥監局正式批准作為全球首創一類新藥用於治療特發性肺纖維化的臨床試驗（批件號CXSL1900019）。下一步，左為團隊計劃與專業臨床團隊合作，利用人自體腎前體細胞移植方法，結合細胞腎內注射的技術，對慢性腎臟病腎小管損傷的患者開展細胞治療的探索性臨床研究。
該研究主要受兩項國家重點研發計劃「幹細胞及轉化研究」專項 (「人類上皮組織再生機制研究」左為；「幹細胞治療重症急性腎損傷的臨床研究」蔡廣研) 及吉美瑞生公司資助。同濟大學醫學院王宇嘉博士、碩士生趙宇和博士生趙子賢為該論文的共同第一作者。南方醫科大學聶靜教授、上海瑞金醫院馮曉蓓醫師為論文作出了重要貢獻。
原文連結：https://link.springer.com/article/10.1007/s13238-020-00816-5