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小鼠糖尿病肾病(DKD)的单细胞图谱-2

 健明 2024-07-10 发布于广东

文章概述

文章标题:《Mapping the Single Cell Transcriptomic Response of Murine Diabetic Kidney Disease to Therapies》

发表日期和杂志:2022年发表在Cell Metabolism上

在线阅读链接:https:///10.1016/j.cmet.2022.05.010

前情回顾

在上一期推文小鼠糖尿病肾病(DKD)的单细胞转录组图谱-1

整理了文章的部分内容,主要是:

  • 单细胞实验设计
  • 单细胞数据情况
  • 文章单细胞分析流程
  • 小鼠肾脏细胞异质性分析
  • 单细胞数据第一层次降维聚类分群以及细分可视化

也基于文献中使用plot1cell可视化UMAP结果的分析,使用胃癌数据进行了可视化:plot1cell美化UMAP/TSNE结果

这期一起来看看文章别的分析结果:

差异分析探究肾细胞对DKD的反应

比较了2天和2周对照小鼠(db/m)与db/db、db/db +肾aav的snRNA-seq谱,分别鉴定出2422、2683和3143个独特的差异表达基因(FDR<0.05, log fold change > 0.5)

所有细胞类型都表现出了基因表达的变化,但差异表达基因的数量在不同细胞类型间差异显著。

  • 壁层细胞(parietal cells)有500多个差异表达基因,而球旁器(JGA)细胞则少于25个。
  • 在疾病进展期间,差异表达基因数量最多的细胞类型包括近曲小管细胞(PC)、亨利氏袢升支(TAL)、远曲小管细胞(PEC)、近曲小管(PT)和内皮细胞(EC)。

在糖尿病肾病(DKD)中,超过一半的差异表达基因仅在单一细胞类型中表达,这突出了糖尿病对细胞特异性和异质性反应的影响

识别了跨时间点上调和下调的细胞特异性基因,可能为疾病生物标志物的发现提供线索。

上调
下调
  • 酪氨酸激酶受体EphA6在足细胞中特异性上调,并且在其他类型的局灶节段性肾小球硬化症(FSGS)中也有报道
  • 加压素V2受体(AVPR2)在主细胞中特异性下调,表明DKD中可能存在水分重吸收的缺陷

通过使用MAGMA工具使用全基因组关联研究(GWAS),识别慢性肾病(CKD)相关常见变异是否也与特定肾脏细胞类型相关。

  • 内皮细胞和集合管细胞(PC和DCT)与估算肾小球滤过率(eGFR)显著相关
  • PC细胞与CKD变异显著相关

DKD治疗的细胞特异性反应

不同细胞类型对同一治疗方案的反应各异,这些反应在治疗的第2天和第14天都有所不同。评估了治疗在两个时间点对疾病引起的基因表达变化(上调或下调)的修复百分比

某些细胞类型在第2天的治疗中有较高比例的疾病基因得到修复,如足细胞、集合管细胞(DCT)和连接小管细胞(CNT),第14天,TAL和远端小管(DTL)的疾病基因修复更多

罗格列酮在第2周治疗时对PEC、TAL、主细胞(PC)和内髓集合管细胞(ICA)有最大的治疗效果。

细胞通讯模式的变化

使用CellChat工具分析了糖尿病肾病(DKD)以及不同治疗方案对肾脏细胞间通讯模式的影响和变化

  • 糖尿病引起细胞间通讯变化最大的细胞类型包括足细胞、近曲小管、远端小管(DTL)和亨利氏袢升支(TAL)
  • 分析特别识别了受损近曲小管分泌的骨桥蛋白(Spp1),它与足细胞和成纤维细胞的信号传递有关

药物引起的肾小球反应

通过使用来自最近研究的肾小球单细胞RNA测序图谱的标记基因,区分和识别不同类型的肾小球细胞,包括足细胞(Pod)、系膜细胞(MC)、肾小球内皮细胞(GEC)和远曲小管细胞(PEC)

通过显微镜下切割和bulk RNA-seq分析,研究了人类健康和糖尿病肾小球的基因表达。

  • 将共有基因列表与特定细胞类型的表达关联起来,发现某些基因如Tmsb4x和Rasl11a在足细胞中特异性上调,而Sorbs2在系膜细胞中上调
  • 评估了不同治疗方案对人类DKD相关基因表达的影响,发现联合治疗比单一治疗更能减弱特定基因的上调

使用CellChat工具分析,发现糖尿病进展期间从肾小球内皮细胞(GEC)到足细胞的信号上调,并且这种上调的信号只能通过联合治疗而非单一治疗来正常化。

在糖尿病中由GEC分泌的Bmp6信号在DKD中被强烈诱导,并且这种信号主要通过SGLT2抑制剂单独或联合治疗来减弱。

Bmp6的受体Bmpr1a在足细胞中的表达是恒定的,与Bmp6在糖尿病中特异性上调的模式不同。

SGLT2抑制剂的作用机制

重新将近曲小管聚类为S1和S2段,并确认Slc5a2表达仅限于S1段

通过分析每种治疗(单独和联合)在两周时如何改变S1与S2段的基因表达,发现SGLT2i在S1与S2段的独特基因数量(即与其他治疗不共享的)存在显著差异,与S1段作为SGLT2抑制的直接靶标一致。

SGLT2抑制剂能恢复S1段中Srsf7的表达,而ACE抑制剂或Rosi则不能

在RPTEC中通过siRNA敲低Srsf7,实现了mRNA和蛋白的>80%敲低

RPTEC中对照siRNA与Srsf7 siRNA的大量RNA测序揭示了基因表达的戏剧性变化,有近2000个基因发生了变化

基因变化的通路分析显示,在Srsf7敲低后,多种促炎术语上调,表明Srsf7通常促进S1段的健康和抗炎表型

一些被SGLT2i恢复的基因在Srsf7敲低后也表现出差异表达,为我们的模型和体内结果之间提供了机械联系

文章小结

  • 研究产生了约100万个细胞的单核RNA-seq数据集,揭示了肾脏细胞类型对DKD及其治疗的异质性反应。
  • 单药治疗和联合治疗方案针对不同的细胞类型,引起独特且不重叠的转录变化。
  • SGLT2抑制剂对近曲小管S1段的早期效应表明,这类药物可能诱导了禁食模拟和缺氧反应。
  • 糖尿病降低了近曲小管中的剪接体调节因子Srsf7,而SGLT2抑制剂能特异性地恢复它。

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