近日，国际知名学术期刊《尖端科学》在线发表了上海交通大学医学院附属仁济医院肾脏科牟姗研究组与中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）陈洛南研究组联合的最新合作研究成果，该项研究建立了目前为止全球最大规模的原发性膜性肾病（Primary Membranous Nephropathy, PMN）单细胞转录组数据库，发现了PMN患者肾脏足细胞中骨形态发生蛋白2（Bone Morphogenetic Protein-2, BMP2）通路激活，导致肾小球基底膜（GlomerularBasement Membrane, GBM）增厚这一PMN的特征性病理改变。此外，该研究还揭示了PMN肾脏中的免疫细胞独特的生物学改变，包括巨噬细胞浸润增加、多种功能激活，记忆B细胞和浆细胞活化等。
慢性肾脏病是人类健康的严重负担，而蛋白尿是慢性肾脏病的核心表现之一。大量蛋白尿（>3.5g/24h）往往引起肾病综合征（NS），可引发严重全身感染、致死性血栓栓塞、急性肾损伤以及代谢紊乱，严重影响患者长期预后，并可导致慢性肾脏病进展为终末期肾病，患者需要进行肾脏替代治疗（透析和肾移植）以维持生命。原发性膜性肾病（PMN）是一种自身免疫性肾小球疾病，主要临床表现即蛋白尿，是引起成人肾病综合征（NS）最常见的原发性原因。阐明PMN的发病机制和信号通路，对这一肾脏常见疾病的诊断和治疗具有重要意义。
PMN由自身抗体靶向足细胞表面自身抗原所致，形成的抗原抗体复合物激活补体，导致肾脏滤过屏障破坏，使血浆中蛋白异常渗漏到尿液中形成蛋白尿。足细胞属于肾脏中的稀有细胞类型，因此，其在疾病中的异常信号往往容易被掩盖。本研究纳入了11位PMN患者和7位健康肾移植供体的肾脏穿刺样本，进行单细胞转录组测序。在经过精细的细胞聚类分析后，研究人员在肾小球细胞大类中分离出了细胞数量可观的足细胞簇，并从中发现PMN患者足细胞中骨形态发生蛋白2（BMP2）表达上调，同时肾小球基底膜（GBM）基质的主要成分IV型胶原亚基COL4A3、COL4A4表达上调。这一通路的发现可能与PMN的特征性病理改变，即GBM的病理性增厚密切相关。
BMP2属于转化生长因子-β（Transforming Growth Factor-β,TGFβ）超家族成员，通过磷酸化SMAD家族分子，进一步调控下游基因表达，与损伤修复、细胞外基质产生和组织纤维化密切相关。基于此，研究人员在体外培养了永生化小鼠足细胞株并使用BMP2重组蛋白进行刺激，发现足细胞中BMP2/pSMAD1/COL4通路激活，IV型胶原的α3和α4亚基表达上升，与单细胞转录组分析结果相一致。同时对患者和对照组的肾脏病理切片进行了免疫染色，在蛋白水平证实了PMN足细胞中BMP2/pSMAD1/COL4通路的激活。该工作还探究了该通路的上游，发现补体成分C3a和C5b-9刺激能够促进BMP2表达并激活下游反应，从而将PMN发病机制中的补体系统激活与GBM病理性增厚相关联，为理解PMN的病理生理提供了重要的理论基础。
作为一种局限于肾脏的自身免疫病，PMN肾脏中的免疫环境也发生了独特的改变。研究发现PMN肾脏中巨噬细胞浸润增加，它们可能由经典单核细胞分化而来，最终呈M2极化的抗炎表型，并且通过表达载脂蛋白、抗原加工提呈分子、趋化因子发挥着复合的功能。此外，PMN肾脏中B细胞呈明显活化，高表达抗原加工提呈分子以及产生免疫球蛋白IgG分子。细胞间相互作用分析提示，PMN患者肾脏中的免疫细胞彼此之间、同肾脏固有细胞之间呈现出精密而复杂的调控网络。综上，该研究对肾小球足细胞及免疫细胞在PMN发生发展中的作用提供了新的见解，有望进一步揭示PMN的病理生理机制。
上海交通大学医学院附属仁济医院肾脏科蔡安祥博士、中国科学院分子细胞科学卓越创新中心孟祎玮博士、仁济医院肾脏科周航博士为该论文共同第一作者。仁济医院肾脏科主任医师牟姗教授与中国科学院分子细胞科学卓越创新中心陈洛南教授为该论文共同通讯作者。
新民晚报记者 左妍
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