研究整合了來自不同年齡、疾病背景和病程的小鼠腎小球單細胞轉錄組測序數據（GSE146912），經過嚴格的質量控制和批次效應校正，通過無監督聚類獲得了29個細胞亞群。利用經典腎臟細胞標志物，鑒定并表征了主要由腎小球細胞組成的細胞亞群，包括足細胞 (PODs)、系膜細胞 (MCs)、內皮細胞 (gECs) 和壁層上皮細胞 (PECs)。本數據集捕獲了相當數量的腎小球相關細胞亞群，為后續分析提供了可能。

研究人員系統分析了主要腎臟疾�。ㄈ缇衷罟澏涡阅I小球硬化-FSGS、糖尿病腎病-DN、狼瘡腎炎-LN、IgA腎病-IgAN）的全基因組關聯研究（GWAS）鑒定的易感基因在不同腎細胞亞型中的表達譜。結果顯示，FSGS相關基因主要在腎小球細胞內高表達，尤其是在PODs、PECs和MCs中，但對gECs、腎小球外內皮細胞或各種免疫細胞影響甚微。DN相關基因在不同腎細胞亞型中廣泛表達。LN的致病基因在PODs中表達不顯著，但主要富集于MCs和巨噬細胞相關亞群。相比之下，IgAN相關基因在gECs、腎小球外內皮細胞和免疫細胞中廣泛活躍，但在其他固有腎小球細胞中表達有限。

值得注意的是，研究在17號簇（pro_EC）中發現了多種疾病相關分子的高表達。該亞群表達gEC標志物（如Sost、Ehd3）以及特征性的增殖相關分子（如Top2a、Stmn1），提示腎小球內存在一個獨特的增殖性gEC群體，可能在疾病發病機制中起關鍵作用。

鑒于足細胞 (POD) 和壁層上皮細胞 (PEC) 損傷在蛋白尿發病機制中的關鍵作用，研究人員對這些群體進行了整合重聚類分析，鑒定出13個不同的亞群。基于特征性基因表達譜，鑒定出兩個PEC亞群（PEC_1和PEC_2）。值得注意的是，PEC_1包含來自健康和患病小鼠的細胞，而PEC_2群體主要由疾病組貢獻。

不同的損傷足細胞亞群在不同的疾病模型中浮現。這些簇表現出獨特的分子特征、疾病來源、轉錄因子活性和功能富集。POD_Injury_1存在于多種疾病模型中，高表達Tagln、Cxcl1、Crct1、Angptl7、Tgfb2和Flna，提示這是一種在不同腎病中共享的常見損傷反應特征。相比之下，簇2高表達Endou、Cd200、Lgmn、Il18、Dmpk和Spon2，且幾乎完全來源于ob/ob小鼠，因此將其注釋為POD_ob。同樣，簇11主要來源于阿霉素（ADR）處理的小鼠，基于Selenbp1、Lpar1、S100a8、S100a9和Sult1a1的高表達，被命名為POD_ADR。轉錄因子分析顯示，POD_ob特異性表達Churc1、Sp2、Dbp、Foxc2、Mafb和E2f1，而POD_Injury_1和POD_Injury_2均上調Bcl3、Rela、Fosl1和Nfkb2。POD_ADR則以高表達Cebpd為特征�；�因本體（GO）分析表明，POD_Injury_1和POD_ob均富集于與細胞骨架和肌動蛋白絲組織相關的條目。而POD_ADR主要參與細胞內信號傳導、蛋白質轉運和分泌、平滑肌細胞遷移以及凋亡信號通路。

為了識別共同的損傷機制，研究人員比較了疾病組和對照組之間足細胞亞群的轉錄譜，量化了差異表達基因（DEGs）。在不同年齡組和5天腎炎時間點，POD_AP1中鑒定出大量DEGs。此外，POD_1、POD_2和POD_3在衰老、糖尿病和腎炎條件下也表現出大量DEGs。值得注意的是，作為足細胞群主要組成部分的POD_1，隨著年齡增長顯著下調AP-1相關分子（如Fos、Junb、Jun、Fosb、Atf3）。在腎炎狀態下，Spp1和Cebpb顯著上調。足細胞亞群的偽時序分析將其分布在五個不同的狀態，大多數損傷相關亞群聚集在狀態5。GO分析顯示，狀態5主要與細胞-基質相互作用、肌動蛋白絲組裝和組織、傷口愈合、心臟和肌肉組織形態發生、T細胞活化正調控以及白細胞-細胞黏附正調控相關。關鍵損傷相關基因，包括Tagln、Cald1、Tagln2、Gpx3、Press23和Lgals1，也主要在該狀態中高表達。這些特征表明，狀態5很可能代表了一種特征性的損傷或修復狀態，涉及足細胞損傷后的反應、重塑和免疫調節過程。值得注意的是，腎組織免疫熒光染色證實了Wt1和S100a8在ADR小鼠中的共表達，表明在該疾病模型中部分足細胞高表達S100a8。

系膜細胞 (MCs) 對于維持腎小球結構完整性、調節濾過率、合成或降解細胞外基質 (ECM) 以及產生各種細胞因子和生物活性分子至關重要。研究人員對MCs進行了重聚類分析，鑒定出13個不同的亞簇，并根據其特征性基因表達譜進行了注釋。其中，重點關注了主要來源于多個疾病組的簇1，注釋為Mes_Injury。該亞群高表達Cxcl1、Egr1、Hspa1b、Socs3和Dnaib1。值得注意的是，研究鑒定出幾個疾病特異性的MC亞簇——簇3、11和12，它們在ob/ob小鼠中顯著擴增。具體來說，Mes_ob_1（簇3）表現出與其他MCs不同的轉錄組，并在UMAP可視化中表現為離群點。其特征是高表達Aldh1a2、Thbs1、Fbln5、Cdh11和Loxl2。轉錄因子分析顯示，Mes_Injury高表達Fos、Junb、Xbp1和Cebpb，而所有來源于ob/ob小鼠的MCs共享Dbp和Prrx2的高表達。Mes_ob_1獨特地表達Mbd2、Spi1和Pura。功能上，GO富集分析表明，Mes_Injury主要與細胞內信號調節和應激反應相關，而Mes_ob_1則更富集于與細胞遷移、組織修復和細胞-基質相互作用相關的過程。所有MC亞簇的偽時序軌跡分析顯示，來源于ob/ob小鼠的MCs集中在狀態3，其中富集的基因在功能上與抗原呈遞、免疫反應、上皮細胞增殖調控以及細胞投射組織負調控相關。

腎小球內皮細胞 (gECs) 對于維持濾過屏障完整性、調節分子交換、平衡凝血與抗凝以及提供結構支持至關重要。其損傷會導致通透性增加（引起血尿和蛋白尿）和微血栓形成，從而加速腎臟疾病進展。研究人員對gECs進行了重聚類，鑒定了18個亞簇，其中包括9個具有獨特轉錄譜的不同亞群。值得注意的是，gECs的異質性并非主要由特定疾病背景驅動。然而，簇9是個例外，主要來源于多個疾病組。研究人員將簇9注釋為gEC_Injury，確定其為潛在的共同損傷特異性亞群。gEC_Injury亞群的特征是高表達Apln、Mir147、Pgf、Actn1、Ercc和Procr。定義該簇的關鍵轉錄因子包括Fosl、Tead4和Relb，它們是細胞增殖、遷移、免疫反應和組織修復的已知調節因子。與此分子特征一致，GO分析表明gEC_Injury在功能上富集于與細胞遷移、細胞骨架調節、免疫反應以及血管生成和血管發育相關的過程。

轉錄組學分析顯示，在腎炎和ADR條件下，gEC_1、gEC_2、gEC_3、gEC_4和gEC_6中存在顯著的差異基因表達，且主要表現為轉錄上調。其中，gEC_1和gEC_2的變化最為明顯。觀察到這兩個亞群的疾病特異性反應：gEC_1在5天腎炎模型中顯著上調Spp1、Sparc和Mgp，而gEC_2的特征是在ADR模型中Lrg1、S100a8、Fabp4、Serpine2和Ch25h的表達升高。偽時序軌跡分析進一步描繪了損傷相關狀態。狀態9主要由來自疾病組的細胞組成，是gEC_Injury亞群的主要分布區。狀態10也主要由疾病來源的細胞組成，其中ADR模型是主要貢獻者。功能表征顯示，狀態9在膠原合成與代謝、炎癥反應、血管生成以及對細菌來源分子的反應等生物過程方面顯著富集。相比之下，狀態10主要與細胞對白細胞介素-17和趨化因子的反應、趨化因子介導的信號通路、無機化合物解毒以及對金屬離子和無機物質的反應相關。此外，涉及細胞應激、免疫反應、增殖和分化的關鍵基因——包括Socs3、Nfkbia、Atf3和Icam1——在狀態9和狀態10中均高表達。

研究人員分析了疾病條件下腎小球細胞亞群與其他細胞類型之間的相互作用，發現系膜細胞與其他細胞亞群表現出特別突出的配體-受體關系。值得注意的是，觀察到VISFATIN介導的配體-受體相互作用主要存在于Mes_injury和Pod_injury_1亞群之間。這表明來自系膜細胞的細胞外NAMPT可能直接或間接結合并激活足細胞上的Toll樣受體4（TLR4）。已知升高的Visfatin可通過TLR4/NF-κB通路促進慢性炎癥。與之前的研究一致，先前報道顯示系膜細胞在損傷后可能上調Cxcl1的表達。此外，在其他損傷的足細胞亞群中也檢測到高表達的Cxcl1。這可能代表了系膜細胞和足細胞共同促進CXCR₂高表達的中性粒細胞在腎小球疾病中浸潤的一種共享機制。損傷的足細胞也可能通過CADM、CXCL和MIF途徑招募巨噬細胞和中性粒細胞。在腎小球細胞類型中，Mif在損傷條件下主要在Pod_injury_1中上調，而其受體——Cd74、Cd44和Cxcr4——在巨噬細胞、中性粒細胞和Pod_Und亞群中高表達。現有證據支持MIF信號在炎癥募集中的關鍵作用。最近的研究表明，MIF-CD44相互作用可能有助于壁層上皮細胞損傷和局灶節段性腎小球硬化的發展。研究結果表明，這可能代表了多種疾病背景下足細胞損傷后腎小球炎癥募集的廣泛機制。

隨著越來越多的腎臟疾病被發現具有遺傳因素，以及FSGS、IgAN和DN等疾病易感基因的逐漸確定，探索腎臟疾病的分子機制引起了強烈興趣。在分子水平上深入分析不同病理和生理條件下腎小球細胞的轉錄譜特征，有望徹底改變傳統的診斷策略，并為腎臟疾病的治療開辟新途徑。因此，研究人員使用單細胞RNA測序 (scRNA-seq) 來表征腎小球細胞，并進一步識別病理條件下的特征性細胞狀態變化。整合基因組學的見解發現，不同腎小球疾病的易感基因富集于不同的細胞類型。具體而言，FSGS相關基因主要在足細胞和系膜細胞中高表達，而DN相關基因則缺乏這種細胞類型特異性富集。這些發現表明，不同腎小球疾病的主要靶點——或最初受損的細胞類型——可能存在顯著差異。

迄今為止，對腎小球基因表達的研究幾乎都是在細胞群體水平而非單細胞水平進行的。因此，尚不清楚腎小球細胞內是否存在細胞異質性。為了解決這個基本問題，研究人員對11,637個足細胞、21,174個腎小球內皮細胞和36,759個系膜細胞進行了重聚類分析，系統描繪了疾病條件下腎小球細胞亞群的分子改變。值得注意的是，研究發現了不同病理背景下共享的和疾病特異性的分子特征。在足細胞內，出現了一個共享的損傷亞群，其特征是與肌動蛋白細胞骨架組織相關，并高表達Tagln、Cxcl1、Crct1、Angptl7、Tgfb2和Flna。由Tagln編碼的Transgelin是一種肌動蛋白結合蛋白，調節肌動蛋白聚合、成束或交聯。先前的研究表明，天冬酰胺內肽酶、環孢素A和Smad3抑制劑SIS3可以通過抑制或切割Transgelin來保護足細胞并減少蛋白尿。此外，LPS和血清白蛋白 (SA) 顯著上調足細胞中CXCL1的表達。相比之下，也觀察到了疾病特異性的足細胞亞群：一個ADR誘導的簇高表達Selenbp1、Lpar1、S100a8、S100a9和Sult1a1，以及一個特異性富集Endou、Cd200、Lgmn、Il18、Dmpk和Spon2的ob/ob特異性簇。足細胞是終末分化的上皮細胞。S100a8通常與S100a9形成異二聚體，稱為鈣衛蛋白。為了給解釋這些發現提供堅實的細胞背景，研究人員將驗證重點放在WT1陽性的足細胞上，因為它具有特異性和保守性。S100a8在WT1陽性細胞中的共表達直接證明了這些足細胞本身處于激活或損傷狀態。S100a8/S100a9異二聚體可以釋放到細胞外空間，與TLR4和RAGE等受體結合，激活鄰近的足細胞、腎小管上皮細胞和浸潤的免疫細胞。這些亞群之間的轉錄因子（TF）活性也存在顯著差異。例如，損傷的足細胞表現出Bcl3、Rela、Fosl1和Nfkb2等TF的激活，為了解足細胞損傷期間的上游調控事件提供了更深入的見解。AP-1通路似乎在足細胞中發揮著雙重且依賴于背景的作用：它在成熟過程中下調（如在12周齡與3周齡小鼠中所見），并可能在低穩態水平上支持分化狀態，但其在疾病相關的POD-AP1亞群中的持續高水平激活與去分化和損傷密切相關。

在糖尿病條件下，系膜細胞經歷了獨特的轉錄重編程，并產生了一個獨特的亞群，其特征是高表達Aldh1a2、Thbs1、Fbln5、Cdh11和Loxl2。ALDH1A₂是視黃酸 (RA) 合成中的限速酶，對腎臟發育至關重要，并催化視黃醇氧化為RA。RA代謝失調被認為是糖尿病腎病 (DN) 的一個關鍵致病因素。由DBP編碼的D位點結合蛋白（DBP）調節視黃醇代謝和TGF-β₁信號傳導。數據顯示，在DN的該特定系膜細胞亞群中DBP高度激活，表明DBP可能驅動視黃醇代謝失調，這反映在升高的Aldh1a2表達上。由Thbs1編碼的THBS1與多種細胞外基質 (ECM) 成分相互作用——包括膠原蛋白V和VII、纖維蛋白原、jagged1、層粘連蛋白、MMP-2、MMP-9、TGF-β、CD36和血管性血友病因子——所有這些都與系膜ECM穩態密切相關。研究發現Thbs1是DN系膜細胞中的一個樞紐基因。此外，Fbln5、CDH11和Loxl2都與ECM調節和纖維化過程有密切聯系。研究還觀察到轉錄因子Prrx2在DN系膜細胞中的激活，這可能進一步加強TGF-β介導的纖維化信號傳導�？傊�，這些發現表明DN中的系膜細胞獲得了一種明顯的促纖維化、基質分泌表型。此外，與之前的報告一致，研究證實損傷的系膜細胞高表達Cxcl1。偽時序分析進一步揭示，來自ob/ob小鼠的系膜細胞富含抗原呈遞相關功能。這些結果意味著在疾病狀態下，系膜細胞可能具有免疫調節特性，并與免疫細胞進行主動的相互作用。

與足細胞和系膜細胞相反，分析并未揭示不同病理模型中疾病特異性的腎小球內皮細胞 (gEC) 亞群。相反，gECs表現出共同的損傷反應，其特征是一個共享的亞群，高表達Apln、Mir147、Pgf、Actn1、Ercc1和Procr。由Apln編碼的Apelin是一種內源性分泌肽，與孤兒受體APJ (APLNR) 結合，參與血管舒張、血壓調節、心臟收縮力和能量代謝。ACTN1是一種肌動蛋白交聯蛋白，是細胞中細胞骨架和收縮裝置的關鍵組成部分。內皮細胞中肌動蛋白絲相關基因的上調通常代表對機械、化學或炎癥刺激的適應性反應。這種反應可能起到保護作用——例如加強屏障功能或促進血管生成——但也可能先于或驅動病理過程，包括內皮-間質轉化和血管硬化。

研究存在幾個局限性。首先，分析僅限于四種不同的疾病模型和健康對照，未包括ANCA相關腎小球腎炎等繼發性腎小球疾病。納入更廣泛的疾病模型（如膜性腎�。┖筒煌�的疾病階段將加強結論的普適性。其次，研究僅關注了三種主要的腎小球細胞類型——足細胞、系膜細胞和內皮細胞，未探索其他相關群體，如已知與腎小球細胞密切相互作用的免疫細胞。第三，研究缺乏對已識別關鍵候選基因的實驗性功能驗證。需要獲得性或功能喪失實驗的直接證據來確認它們在疾病發病機制中的因果關系，這仍然是未來研究的重要目標。最后，納入更多患者來源的樣本對于更全面地評估小鼠模型與人類疾病之間的一致性和轉化相關性至關重要。總而言之，該研究生成了一個全面且標準化的小鼠腎小球單細胞RNA測序圖譜。研究證明了細胞組成變化在驅動廣泛表達差異中的關鍵作用，觀察到了細胞類型特異性基因表達的變化，并識別了疾病條件下的損傷模式。這些發現為理解腎臟疾病提供了重要見解，并為未來旨在理解和治療腎臟疾病的研究奠定了基礎。

腎小球疾病的致病機制——在不同類型腎小球疾病中共有的和獨特的——仍未得到充分理解。通過系統比較四種不同的疾病模型和健康對照，研究揭示了主要細胞類型中的兩種不同反應模式和一種共同反應，并闡明了糖尿病腎病中一種新型疾病特異性細胞亞群的致病作用。