纽约——来自威康桑格研究所、剑桥大学、纽卡斯尔大学和其他地方的研究人员已经生成了人类肾脏的细胞图谱，并用它来绘制该器官的免疫细胞群落。
在一项研究中今天发表在科学研究人员说，他们使用单细胞RNA测序解决了人类肾脏的时空免疫拓扑结构，在成熟肾脏的盆腔上皮细胞中发现了解剖学定义的免疫基因表达模式和抗菌肽转录本。
作者写道:“在胎儿和成熟肾脏中，组织内的髓样和淋巴样免疫细胞网络都很明显，出生后获得的转录程序促进了感染防御能力。”“上皮-免疫交叉通话调节了抑菌巨噬细胞和中性粒细胞在肾脏最易受感染区域的定位。”
研究人员指出，肾脏中主要的感染挑战来自于细菌从输尿管上升进入肾盂，并补充说髓质的高盐环境可能促进抗菌反应。
在他们的研究中，他们在10x Genomics平台上进行了液滴包封高通量单细胞RNA测序(scRNAseq)，以及流式细胞术和巨细胞术来确定人类肾脏的全球免疫状况。他们研究了来自14个成熟人类肾脏和6个胎儿肾脏的单细胞悬浮液，从成熟肾脏中捕获了114,113个液滴，产生了40,268个细胞。
然后，他们使用主成分分析来识别细胞群，并根据典型标记的表达将它们人工分离为四个主要的细胞隔层:内皮细胞、免疫细胞、成纤维细胞和肌成纤维细胞，以及上皮细胞。
在内皮细胞群中，研究人员发现了肾小球内皮细胞(GE)、血管直肠细胞(VR)和小管周围毛细血管(PCaps)。免疫细胞群包括单核吞噬细胞(MNPs)、B细胞、T细胞和自然杀伤细胞。为了探索这些细胞在肾脏中的空间分布，研究人员对细胞起源的样本进行了深度估计，他们称之为伪深度。他们观察到GE、足细胞和PT细胞在假深度预测为皮质或皮质髓质的样本中富集，并发现盆腔上皮(PE)和移行上皮细胞仅限于髓质或盆腔假深度。
“这项分析揭示了免疫细胞的不对称分布;B细胞几乎只存在于皮层样本中，而MNPs在更深的样本中富集，”作者指出。
他们还分析了来自胎儿肾脏的单细胞转录组，捕获了33,865个液滴，其中产生了27,203个注释细胞。在那里，研究小组通过典型标记表达确定了免疫细胞、内皮细胞、发育中的肾单位上皮和基质细胞簇。
胎儿肾脏数据集显示了几种免疫细胞簇:巨噬细胞和一些树突状细胞(dc)在发育早期存在。单核细胞、T细胞和NK细胞在受孕后9周开始出现，而B细胞在受孕后12周开始出现。
研究人员写道:“这些数据表明，免疫细胞亚群在人类胎儿肾脏的定位上表现出不同的时间模式。”“终末分化的胎儿肾元上皮细胞与成熟的肾元上皮细胞表现出转录上的相似性，特别是在近端肾元成分上，而[连接肾元小管(CNT)]和PE表现出较少的相似性。”
他们还证实了在成熟肾元中免疫基因表达的模式，特别是在PE中，包括先天免疫和抗微生物反应基因。大量的转录组数据同样显示了骨盆中免疫基因的最高表达。相比之下，胎儿肾上皮细胞中很少或没有免疫基因的表达。
此外，研究小组发现，人类肾脏中抗菌肽(AMPs)的独特表达模式可能促进了对上升细菌感染最脆弱区域的保护性上皮反应，并提示这些上皮先天免疫能力的多个区域是在出生后获得的。
“在这里，我们调查了人类肾脏的免疫能力，并确定了它如何随着发育时间和解剖空间的变化。我们发现抗微生物免疫是有空间分区的，但这一特征在产前并不明显。”作者总结道。“胎儿肾脏上皮细胞显示出很少的免疫基因表达，这与它占据相对无菌环境的观点一致，在这种环境中解剖极化的抗菌防御是多余的。我们的研究表明，在人类肾脏中建立了多种免疫细胞群，它们具有不同的时间模式，但它们不同于成熟的肾脏免疫细胞，在出生后获得转录程序，促进促炎和感染防御能力。”