5月24日，國際學(xué)術(shù)期刊Advanced Science在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所）陳洛南研究組聯(lián)合上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院腎臟科牟姍研究組的最新合作研究成果：“Podocyte Pathogenic Bone Morphogenetic Protein-2 Pathway and Immune Cell Behaviors in Primary Membranous Nephropathy。”該研究建立了目前為止最大規(guī)模的原發(fā)性膜性腎?。?/span>Primary Membranous Nephropathy, PMN）單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫，結(jié)合生物信息學(xué)分析、患者腎臟穿刺活檢病理切片免疫染色以及體外細(xì)胞培養(yǎng)實驗，發(fā)現(xiàn)了PMN患者腎臟足細(xì)胞中骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2（Bone Morphogenetic Protein-2, BMP2）通路激活，導(dǎo)致腎小球基底膜（Glomerular Basement Membrane, GBM）增厚這一PMN的特征性病理改變。并且，通過原創(chuàng)的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)志物分析，預(yù)測到了一個與PMN病理轉(zhuǎn)變臨界點相關(guān)的細(xì)胞狀態(tài)。此外，該研究還揭示了PMN腎臟中的免疫細(xì)胞獨特的生物學(xué)改變，包括巨噬細(xì)胞浸潤增加、多種功能激活，記憶B細(xì)胞和漿細(xì)胞活化等。

慢性腎臟病給人類健康造成嚴(yán)重負(fù)擔(dān)，蛋白尿是其核心表現(xiàn)之一。大量蛋白尿（>3.5g/24h）往往引起腎病綜合征（Nephrotic Syndrome, NS），會并發(fā)嚴(yán)重的全身感染、致死性血栓栓塞、急性腎損傷以及代謝紊亂，嚴(yán)重影響患者長期預(yù)后；此外，還會導(dǎo)致慢性腎臟病進(jìn)展為終末期腎病，患者需要進(jìn)行腎臟替代治療（透析和腎移植）以維持生命。PMN是一種自身免疫性腎小球疾病，主要臨床表現(xiàn)為蛋白尿，是引起成人NS最常見的原發(fā)性原因。闡明PMN的發(fā)病機(jī)制和信號通路對腎臟內(nèi)科常見疾病的診斷和治療具有重要意義。

腎臟組織學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、細(xì)胞類型眾多，包括腎小球、腎小管、腎間質(zhì)的固有細(xì)胞群和浸潤的各類免疫細(xì)胞群。PMN由自身抗體靶向足細(xì)胞表面自身抗原所致，形成的抗原抗體復(fù)合物激活補(bǔ)體，導(dǎo)致腎臟濾過屏障破壞，使血漿中蛋白異常滲漏到尿液中形成蛋白尿。足細(xì)胞屬于腎臟中的稀有細(xì)胞類型，因此，其在疾病中的異常信號往往容易被掩蓋。該研究納入了11位PMN患者和7位健康腎移植供體的腎臟穿刺樣本，進(jìn)行單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序。在經(jīng)過精細(xì)的細(xì)胞聚類分析后，研究人員在腎小球細(xì)胞大類中分離出了細(xì)胞數(shù)量可觀的足細(xì)胞簇，并從中發(fā)現(xiàn)，PMN患者足細(xì)胞中BMP2表達(dá)上調(diào)，同時GBM基質(zhì)的主要成分IV型膠原亞基COL4A3、COL4A4表達(dá)上調(diào)。研究人員判斷這一通路可能與PMN的典型病理特征——GBM病理性增厚密切相關(guān)。

BMP2屬于轉(zhuǎn)化生長因子-β（Transforming Growth Factor-β,TGFβ）超家族成員，通過磷酸化SMAD家族分子，進(jìn)一步調(diào)控下游基因表達(dá)，與損傷修復(fù)、細(xì)胞外基質(zhì)產(chǎn)生和組織纖維化密切相關(guān)?；诖?，研究人員在體外培養(yǎng)了永生化小鼠足細(xì)胞株并使用BMP2重組蛋白進(jìn)行刺激，發(fā)現(xiàn)足細(xì)胞中BMP2/pSMAD1/COL4通路激活，IV型膠原的α3和α4亞基表達(dá)上升，與單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果相一致。同時對患者和對照組的腎臟病理切片進(jìn)行了免疫染色，在蛋白水平證實了PMN足細(xì)胞中BMP2/pSMAD1/COL4通路的激活。該工作還探究了該通路的上游，發(fā)現(xiàn)補(bǔ)體成分C3a和C5b-9刺激能夠促進(jìn)BMP2表達(dá)并激活下游反應(yīng)，從而將PMN發(fā)病機(jī)制中的補(bǔ)體系統(tǒng)激活，與GBM病理性增厚相關(guān)聯(lián)，為理解PMN的病理生理提供了重要的理論基礎(chǔ)。

考慮到足細(xì)胞作為PMN的重要靶細(xì)胞，其在PMN發(fā)生發(fā)展過程中可能存在著關(guān)鍵的狀態(tài)轉(zhuǎn)變，該研究基于擬時序分析劃定了PMN足細(xì)胞的三個連續(xù)狀態(tài)，利用陳洛南研究組原創(chuàng)的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)志物（Dynamic network biomarkers，DNB）算法，從中預(yù)測到了處于PMN病理轉(zhuǎn)變臨界點附近的一群足細(xì)胞。該狀態(tài)下的足細(xì)胞中，BMP2分子所在的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了極大的表達(dá)波動，并可能影響到下游細(xì)胞外基質(zhì)成分的表達(dá)。

作為一種局限于腎臟的自身免疫病，PMN腎臟中的免疫環(huán)境也發(fā)生了獨特的改變。研究發(fā)現(xiàn)PMN腎臟中巨噬細(xì)胞浸潤增加，它們可能由經(jīng)典單核細(xì)胞分化而來，最終呈M2極化的抗炎表型，并且通過表達(dá)載脂蛋白、抗原加工提呈分子、趨化因子發(fā)揮著復(fù)合的功能。此外，PMN腎臟中B細(xì)胞呈明顯活化，高表達(dá)抗原加工提呈分子以及產(chǎn)生免疫球蛋白IgG分子。細(xì)胞間相互作用分析提示，PMN患者腎臟中的免疫細(xì)胞彼此之間、同腎臟固有細(xì)胞之間呈現(xiàn)出精密而復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

綜上，該工作對腎小球足細(xì)胞及免疫細(xì)胞在PMN發(fā)生發(fā)展中的作用提供了新的見解，從而有助于進(jìn)一步揭示PMN的病理生理機(jī)制。

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院腎臟科蔡安祥博士、分子細(xì)胞卓越中心孟祎瑋博士、上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院腎臟科周航博士為該論文的共同第一作者。上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院腎臟科牟姍教授與分子細(xì)胞卓越中心陳洛南研究員為該論文的共同通訊作者。該項工作也得到了分子細(xì)胞卓越中心童明漢研究員的大力支持和幫助，以及中心網(wǎng)絡(luò)部門的高性能計算支持。該研究獲得了國家自然科學(xué)基金、上海市衛(wèi)生計生委員會和中國科學(xué)院戰(zhàn)略重點研究計劃等項目的重要資助。

文章鏈接：http://doi.org/10.1002/advs.202404151

自身免疫誘導(dǎo)、補(bǔ)體介導(dǎo)的足細(xì)胞內(nèi)BMP2/pSMAD1/COL4通路激活，導(dǎo)致了PMN腎小球基底膜增厚的病理性改變