Myeloid heterogenitás a vesebetegségben, amint az egysejtű RNS-szekvenálás során kiderült

Absztrakt

A vesebetegség egyre gyakoribb egészségügyi terhet jelent, és a szív- és érrendszeri betegségek független kockázati tényezője. A mieloid sejtek az immunrendszer fő sejtes elemei; az egészséges vesében találhatók, és egyre nagyobb számban a sérült és/vagy beteg vesében, ahol kulcsszerepet játszanak a sérülések, gyulladások és fifibrózis progressziójában. Óriási plaszticitással és heterogenitással rendelkeznek, különböző fenotípusos és funkcionális jellemzőket vesznek fel a helyi környezet ingereire reagálva. Bár ezt a benne rejlő összetettséget a vesében még teljesen meg kell érteni, az egysejtű genomika fejlődése ezen változtatni fog. Pontosabban, az egysejtű RNS-szekvenálás (scRNA-seq) transzformatív hatást gyakorolt ​​a vesekutatásra, lehetővé téve az egyedi sejtek transzkriptómáinak soha nem látott felbontású és áteresztőképességű profilozását és elemzését, majd sejtatlaszok létrehozását. Ha előre haladunk, az scRNS- és az egymagos RNS-seq kombinálása nagyobb felbontású térbeli transzkriptomikával lehetővé teszi a különböző etiológiájú vesebetegségek térbeli feltérképezését, hogy tovább tárja fel az immunsejtek és a nem immunsejtek mintázatát. Ez az áttekintés összefoglalja a mieloid sejtek szerepét a vese egészségében és megbetegedéseiben, a kísérleti munkafolyamat jelenleg elérhető az scRNA-seq technológiákhoz, és az scRNA-seq felhasználásával publikált eredményeket a mieloid sejtek és a vese összefüggésében.

Kattintson a herba A Cistanche előnyei a vesére

Rachel MB Bell és Laura Denby

Bevezetés

A vese összetett szerv, amely a fiziológiás homeosztázishoz nélkülözhetetlen funkciókat lát el, következésképpen a vesebetegek gyakran jelentős szövődményekkel és társbetegségekkel jelentkeznek (1,2). A vesebetegség megnyilvánulásai széles körűek, beleértve az akut vesekárosodást (AKI), az autoimmun betegségeket és a veseátültetések kilökődését, amelyek mindegyike közvetlenül vagy közvetve immunmediált (3). A megnövekedett előfordulási arány miatt a vesebetegség jelentős hatással van a globális egészségre, mind a megbetegedések és halálozások közvetlen okaként, mind a szív- és érrendszeri betegségek fő kockázati tényezőjeként (1). A mieloid sejtek a legelterjedtebb magvú vérképző sejtek a szervezetben, beleértve a monocitákat, makrofágokat, dendritikus sejteket (DC) és granulocitákat. A mieloid sejtek az immunrendszer kritikus ágát alkotják, és sokrétű funkciójuk van (4). A vesében a makrofágokról és a DC-kről kimutatták, hogy befolyásolják a szervek homeosztázisát, a sérüléseket és a reparatív folyamatokat különböző inzultusok után. Funkciójuk, fenotípus-spektrumuk és más immun- és nem immunsejtekkel való kölcsönhatásuk összetett és nem teljesen ismert (3,5). Az immunrendszerrel kapcsolatos ismereteink fejlődtek az egysejt felbontást lehetővé tevő technológiák, elsősorban a mikroszkópia és az áramlási citometria alkalmazása révén. Az ezekkel a technológiákkal egyidejűleg mérhető paraméterek száma korlátozott, és a jelen lévő antigének előzetes ismeretétől függ. Az elmúlt években az egysejtű RNS-szekvenálás (scRNA-seq) terén elért fejlődés, amelynek célja a gének expressziós szintjének átfogó mérése a sejtekben, átalakította az immunsejtek profilálására való képességünket (2,6,7).

A mieloid sejtek szerepe a vese egészségében és betegségeiben

A mieloid sejtek adaptív természetűek, tranziens válaszokat, szabályozott differenciálódást, szövetekbe (át)helyeződést és plaszticitást mutatnak a különféle környezeti ingerekre adott válaszként, akár homeosztatikusak, akár gyulladásosak (4). Ez komplikációt jelent a vesén belüli vizsgálatukkal kapcsolatban, mivel ez a fő hemofiltrációs szerv kihívásokkal teli környezetet kínál, amely térben nem egységes, és a vesekéregben és a velőben az immunsejttípusok különbségeiről számoltak be (8, 9). A makrofágok a legelterjedtebb mieloid sejttípus a vesében, és a DC-kkel együtt koordinálják a szabadon szűrt antigénanyagra adott gyulladásos válaszokat, és megvédik a vesét a fertőzéstől (8). Fontos, hogy részt vesznek a vesebetegség kialakulásában és progressziójában, valamint az azt követő szöveti regenerációban. E sokféleség miatt általában azt javasolják, hogy a makrofágokat proinflammatorikus (M1 vagy "klasszikusan aktivált") és szövetreparatív (M2 vagy "alternatívan aktivált") fenotípusokra osztják.

Ez a jellemzés azonban túlságosan leegyszerűsített, mivel nemcsak a makrofágok, hanem a DC-k is rendelkeznek rejlő plaszticitással. Valójában szilárd bizonyítékok állnak rendelkezésre arra vonatkozóan, hogy a betegséggel összefüggő mieloid sejtek mind pro-, mind gyulladáscsökkentő tulajdonságú markergénekkel rendelkeznek (4, 10). Az immunsejteket jellemzően különböző sejtfelszíni markerek határozzák meg, bár a különböző mieloid sejttípusoknak sok közös markerük van; ezért gyakran több markerre lesz szükség a kérdéses sejttípus azonosításához. Ezenkívül a markerek fajonként eltérőek lehetnek (1. táblázat). Az immunhisztokémiát és a társcitometriát gyakran használják intra- és extracelluláris markerek azonosítására (6). Egerekben a vese-rezidens makrofágok (CD11bloF4/80hi) kettős hematopoietikus eredetűek, a tojássárgája zsákból és a végleges vérképzésből erednek, a Ly6Clo „járőrözi” a monocitákat (emberben CD14loCD16hi) (11–13). Gyulladásos körülmények között a Ly6Chi monociták (emberben CD14hiCD162) beszivárognak a vesébe, és (CD11bhiF4/80lo) makrofágokká differenciálódnak (11–13). Annak ellenére, hogy körülbelül 16 paraméterre korlátozódik, és a spektrális átfedésből adódó problémák, különösen a társcitometria volt nagyon hasznos, és a legalapvetőbb egysejtű technológiát képviseli, de nem valószínű, hogy a mieloid sejtek teljes fenotípusos spektrumát biztosítja (6) ,7,10).

Az egysejtű szekvenálási technológiák áttekintése

A nagy áteresztőképességű génexpressziós technikák, mint például a microarray és a bulk RNA-seq, lehetővé tették a komplex szervtranszkriptomák jobb megértését; RNS-beviteli követelményeik azonban korlátozottak az összevont populációkra vonatkozó tanulmányok. Mivel a vese 0,20 különböző sejttípust tartalmaz (beleértve az epiteliális, endoteliális, mezenchimális és immunpopulációkat), a veseszövet eredő génexpressziós profilja ezeknek a heterogén alkotóelemeknek csak az átlagát tükrözi (14). A vesén belül a proximális tubulussejtek dominálnak számban, és így elfedhetik a ritkább populációk expressziós profilját. Az scRNA-seq technológiák orvosolták ezeket a korlátokat azáltal, hogy lehetővé tették az egyes sejtek transzkriptómáinak objektív vizsgálatát egy adott mintában, az emlős vesekomponensek sejtatlaszainak létrehozásával. Nevezetesen, a vesekutató közösséget a nyílt hozzáférésbe fektették be, és ezeket az adatokat ingyenesen elérhetővé tették weboldalakon keresztül (2. táblázat). Ez lehetővé teszi a sejtek heterogenitásának elfogulatlan értékelését, új sejtállapotok és altípusok azonosítását, valamint dinamikus sejtátmeneteket nagyon nagy felbontással és pontossággal (6, 14, 15).

A mai napig számos scRNA-seq technikát javasoltak, és az új protokollok kidolgozása nagyon aktív kutatási terület (amint Li és Humphreys áttekintette [16]). Általában minden scRNA-seq kísérletnek közös munkafolyamata van: minta-előkészítés, egysejt-befogás, reverz transzkripció és transzkriptomamplifikáció, könyvtár-előkészítés, szekvenálás és elemzés (1. ábra). Az egymagvú RNS-seq (snRNA-seq) az scRNA-seq egyre népszerűbb alternatívája. Itt a sejtmagokat izolálják a sejtekből, és cseppalapú szekvenáláshoz használják (14). Az snRNS-seq-ről beszámoltak arról, hogy a felnőtt vesében az scRNS-seq-hez hasonló géndetektálást mutat, és kiküszöböli a disszociáció által kiváltott transzkripciós stresszválaszokat a gyulladt fibrotikus vesében. Ezenkívül kompatibilis a fagyasztott mintákkal, de alacsonyabb hatékonysággal rögzíti az immunsejteket (19). Ennek oka továbbra is tisztázatlan. Emiatt szükség lehet a CD451-sejtek izolálására, amelyek a teljes vesesejt-populációnak csak 2–17 százalékát teszik ki (20), hogy ezzel a módszerrel a lehető legnagyobb betekintést nyerjük a vese leukocitáiba.

Számos más egysejtű technika van fejlesztés alatt, amelyek lehetővé teszik a mikroRNS, proteomikai vagy metabolikus adatok közvetlen mérését, amelyeket az scRNA-seq és snRNS-seq megközelítések nem biztosítanak. A legjelentősebb, hogy a transzkriptumok és sejtfelszíni fehérjék egyidejű expressziós profilozása – mint például az RNS-expresszió és fehérje (REAP) szekvenálása (21) és a transzkriptomok és epitópok celluláris indexelése (CITE) szekvenálással (22) – már lehetséges, ami lehetővé teszi a korrelációt. fehérjeexpresszió transzkriptomikus adatokkal. Ezen túlmenően, a transzpozázhoz hozzáférhető kromatin (ATAC) vizsgálata szekvenálással lehetővé teszi a kromatin hozzáférhetőségének profilozását, lehetővé téve az epigenetikai heterogenitás vizsgálatát (23). A közelmúltban snRNS-seq-vel kombinálva használták egyedi sejtállapotok azonosítására a proximális tubulusban és a vastag felszálló végtagban az emberi vesében (24), valamint a kulcsfontosságú kromatin-átalakítási eseményeket és a vesefejlődéshez kapcsolódó génexpressziós dinamikát egerekben (2. ábra). ) (25).

A vese regionális különbségei miatt a sejtek anatómiai lokalizációja és intercelluláris kölcsönhatásai fontosak, de ezek a tényezők nagyrészt elvesznek a disszociált egysejtek elemzésekor. A kölcsönhatások bizonyos mértékig a kemokinek és citokinek receptor-ligandum pár elemzéseiből származnak; azonban az ilyen kérdések teljes megválaszolásához a sejtek közötti térbeli kapcsolatok közvetlen megjelenítésére van szükség. Ez továbbá azt jelenti, hogy nem lehet megkülönböztetni a vesébe beszűrődő vagy a vesében tartózkodó leukocitapopulációkat azoktól, amelyek esetleg a vese érrendszerén keresztül keringenek (6, 15). Az scRNA-seq és az snRNS-seq kombinálása térbeli transzkriptomikával javíthatja ezt a szempontot. Valójában Ferriera et al. (26) a közelmúltban ezeket a kiegészítő technológiákat használta a transzkriptomikus aláírás térbeli feltérképezésére egér AKI modellekben, és bemutatta, hogyan alkalmazható ez emberi mintákon. Meghatározták az immun- és hámsejtek kolokalizációs mintáit, és bár a felbontás korlátozza, ezek a módszerek valószínűleg javulni fognak a jövőbeni munkával.

scRNA-Seq tanulmányok a vese egészségéről

A normál vese átfogó sejtanatómiája kulcsfontosságú a vesebetegség kialakulásának és megoldásának teljes megértéséhez; mindazonáltal a mai napig korlátozottak a kísérletek a vesében lévő immunpopulációk teljes körű feltérképezésére. 2018-ban Park et al. (2) az első és legnagyobb léptékű egérvese sejt scRNS-seq-et szolgáltatta egészséges egérveséből. Meghatározták a fő sejtaltípusokat, amelyek a nefronból és a korábban ismert vese immunsejttípusokból állnak, beleértve a rezidens makrofágokat és neutrofileket. Lehetséges azonban, hogy egyes mieloid altípusokat nem észleltek, talán az immunsejttípusok miatt, amelyek kis hányadban járultak hozzá a sértetlen veséhez, és/vagy a minta előkészítésének köszönhetően, mivel a sejtek körülbelül 25 százaléka nem ment át a minőség-ellenőrzésen ebben a vizsgálatban.

Egy közelmúltban végzett kulcsfontosságú tanulmány az scRNA-seq-et áramlási és tömegcitometriával használta az egészséges emberi felnőtt és magzati vesék globális immunrendszerének meghatározására, profilozva a sejteket az élettartam során (9). A mononukleáris fagociták (MNP-k), a természetes gyilkos (NK) sejtek és a T-sejtek voltak a legelterjedtebbek, és az MNP-k, neutrofilek, hízósejtek és plazmacitoid DC-k (pDC) négy alcsoportját azonosították az érett vese myeloid kompartmentjében. Az MNP-klasztert két monocita eredetű makrofág populáció uralta: az egyik a CD141 klasszikus monocitáihoz, a másik a CD161 nem klasszikus monocitákhoz hasonlított. Tartalmaz továbbá egy hagyományos DC (CDC) populációt és szövet-makrofág populációt, amely a CD206-ot expresszáló gyulladásgátló M2 transzkriptom felé torzult. Ezenkívül a kutatók kimutatták az immunsejtek anatómiai lokalizációját azáltal, hogy munkájukat a nyilvánosan elérhető, ismert veserégiókból generált tömeges RNS-seq adatokra hivatkozták, feltárva az immunalcsoportok eltérő eloszlását a velőben és a medencében a kéreghez képest. A ligandum-receptor kölcsönhatások elemzése, amely az epiteliális és immunsejtek keresztbeszédét jelzi, előrejelzések szerint az antibakteriális makrofágokat és neutrofileket lokalizálja a vese azon régióiban, amelyek leginkább érzékenyek a húgyúti fertőzésekre. Ez összhangban van azzal a korábbi munkával, amely azt mutatta, hogy a velőhártya magas intersticiális nátriumkoncentrációja serkenti a tubuláris epiteliális sejtek kemokinek termelését, ami segít a makrofágok pozicionálásában a felszálló bakteriális fertőzés okozta immunológiai fenyegetés ellen (8). A magzati vesékben hiányzott az immunsejtek meghatározott régiókban történő lokalizációjának megszervezése, a transzkripciós aláírások születés utáni megszerzése pedig a gyulladásban és az immunvédelemben betöltött szerepére utal (9). Menon és munkatársai egy másik friss tanulmánya. (27) azonosított rezidens immunsejteket nem beteg humán mintákban tumor-nefrektómiából, megfigyelésből és reperfúziós biopsziából; ezek két mieloid klasztert tartalmaztak, bár nem voltak altípusokba definiálva.

Az immunrendszer dinamikus változásai az öregedés egyik jellemzője (28). A közelmúltban scRNS-seq vizsgálatot végeztek több szervből és szövetből származó .350,000 sejteken, amelyeket 1-30 hónapos korcsoportba tartozó C57BL/6J egerekből vettek (29). Az általános diverzitáspontszám kiszámítása után a vese makrofágok két klaszterét azonosítottuk, amelyek összetétele jelentősen változott az életkorral. Az egyik klaszter többnyire 1- és 3-hónapos egerek sejtjeiből állt, amelyek gyulladásgátló tulajdonságokkal (pl. Cq1a, Cd74, Cd81) gazdagodtak. Ezzel szemben a másik klaszter elsősorban 18-, 21-, 24- és 30-hónapos egerek sejtjeiből állt, amelyek gyulladásos makrofág állapotra emlékeztettek (pl. Intgal, Msrb1). Jelenleg hiányoznak ilyen átfogó, embereken végzett öregedési vizsgálatok, de a jövőben fontos lesz ezeket elvégezni, mivel a vesebetegségek gyakorisága az életkorral növekszik (1).

Bár emberi és egér szöveteken is végeztek vizsgálatokat, hiányosságok mutatkoznak az elegendő mennyiségű friss emberi minta beszerzésében, ami rávilágít a transzlációs problémák leküzdésének fontosságára. A vizsgálatok a mieloid sejttípusok jól meghatározott markereit azonosították az egérszövetekben, de ezek nem konzerváltak a fajok között. Jól ismert példa az F4/80 (kódolja az adgre1), amelyet egerekben a szövetekben rezidens makrofágok azonosítására használnak, de emberben a makrofág populációk nem fejezik ki. Ezenkívül a DC-k makrofágoktól való megkülönböztetésére történelmileg használt markerekről, mint például a CD11c és az MHCII, ma már ismert, hogy a szöveti makrofágok általában expresszálódnak (28, 30). Zimmerman et al. (31) scRNA-seq-et használtak egy fajok közötti vese-makrofág-specifikus marker azonosítására. A CD451 sejteket, a limfocitapopuláció kizárásával, egy egérből, patkányból, sertésből és emberi veséből izoláltuk, ami C1q-t expresszáló sejtcsoportot mutatott ki. Egerekből (2, 10) és emberekből (32) származó teljes veseszövet más scRNS-seq elemzései szintén azonosították ezt a C1q-expresszáló klasztert. A C1q-t expresszáló klaszterben a Cd74 és Cd81 új felszíni markereket azonosították a vese-rezidens makrofágok potenciális markereiként a fajok között (31). Ezeket áramlási citometriás elemzésekkel validáltuk, amelyek azt mutatták, hogy a CD741 CD811 sejtek nagyobb mennyiségben fordultak elő a rezidens (CD11bloF4/80hi) makrofágokban, mint a beszűrődő (CD11bhiF4/80lo) makrofágokban, és a parabiotikus egérmodell használatával minimális cserét igazoltak csontvelő-eredetű sejtekkel. Továbbra sem ismert, hogy ezek a jelöltek változnak-e a gyulladás időtartama alatt. Valójában a C1qa expressziója 12 mieloid alcsoportban változott a reverzibilis unilaterális ureterelzáródás (R-UUO) vizsgálatunkban (10). A jövőben fontos lesz az egértörzs hatásának további vizsgálata az eredmények kontextusba helyezéséhez. Valójában a beltenyésztett laboratóriumi egértörzsek immunválasz-mintázata erősen eltérő lehet; például egyoldali ischaemiás reperfúziós sérülés (IRI) után a 129/Sv egerekről kimutatták, hogy kevesebb infiltráló leukocitával rendelkeznek, mint a C57BL6/J egerekben (33).

scRNA-Seq tanulmányok vesekárosodásban és -betegségben

A mieloid sejtek fázisfüggő beáramlása és fenotípusuk változása a vesebetegségek időbeli lefolyása során következik be (34). Valle Duraes és mtsai. (35) scRNA-seq-et használtak egy unilaterális IRI-modellben azonnali ellenoldali nefrektómiával vagy anélkül, hogy tanulmányozzák a vese regenerációját, illetve fifibrózisát. Hét fő klasztert azonosítottunk, beleértve a rezidens és gyulladásos makrofágokat, neutrofileket/monocitákat, DC/monocitákat, NK-sejteket, T-sejteket és B-sejteket. Az egészséges vesében a rezidens makrofágok domináltak, míg a sérülés után a gyulladásos makrofágok szignifikánsan kitágultak és a rezidens makrofágok eltűntek, függetlenül az alkalmazott modelltől vagy a sérülés utáni időponttól. A neutrofil/monociták és a DC/monociták vegyes populációi szintén bővültek a sérülés után. Egy másik tanulmányban az snRNS-seq-et az AKI bilaterális IRI-modelljével együtt alkalmazták (36). Bár itt a proximális tubulusok voltak a fókuszban, hat leukocita klasztert azonosítottak: három makrofág altípust, DC-ket, T-sejteket és B-sejteket. A kombinált leukocita klaszteren végzett ligand-receptor analízis a Ccl2 (tubulointerstitium) Ccr2 (leukociták) jelátvitelének idővel történő változására utalt; A fibroblasztok és az endothel sejtek voltak az első sejttípusok, amelyek jelezték a leukociták számát, ezt követte a leukocita-leukocita jelátvitel, és a proximális tubulusokból származó növekvő Ccl{11}}Ccr2 jelátvitel, amely a sérülés után 2 nappal és 6 héttel nem javult. Az első és a második makrofág klaszter valószínűleg rezidens és gyulladásos makrofágok olyan markerek alapján, mint az F13a1 és a Vcan. A harmadik klaszter magas szinten expresszálta az Mmp12-t, egy makrofág-specifikus metalloproteinázt és a Gpnmb-t, a gyulladás negatív szabályozóját, amely az M2 polarizációját javasolta. Ez és az egyenáramú klaszter a sérülés utáni 2. és 6. héttel volt a legnagyobb mennyiségben, amikor a vese a reparatív fázisban van. Csoportunk a közelmúltban scRNA-seq-et használt az egér R-UUO modellben, amelyben a kialakult tubulointersticiális fifibrózis, a CKD egyik jellemzője, az obstrukció megfordítása után következik be (10). Érdekes módon egy olyan makrofág klaszterről is beszámoltunk, amely kizárólag a vesékben volt, és amely átesett az UUO megfordításán; Mmp12 és scavenger receptorok, köztük Gpnmb és Mrc1 expressziója is jellemezte. Korábban beszámoltunk egy hasonló Mmp121 mac-profágról a májban a májbetegség feloldása során (37). Bár ezek az Mmp121 sejtek az Immunological Genome Project adatbázisában a makrofágokhoz kerültek, morfológiailag monocitákra hasonlítottak, és magas szintű Ccr2-t, de alacsony F4/80-at expresszáltak immunfluoreszcenciával. Ezen túlmenően a transzkriptomjuk leginkább az IRI-ből való felépülés során a vesébe infiltráló monocitákhoz igazodik. Azt találtuk, hogy a csontvelőből származó monociták, amelyeket FITC-vel jelölt kollagénnel tápláltak, növelték az Mmp12 és a Gpnmb expresszióját, ami arra utal, hogy a kollagén fagocitózisa indukálhatja ezen markerek expresszióját.

A vesekárosodásban és -javításban előforduló mieloid sejtek jellemzése során további tizenegy mieloid sejt alcsoportot azonosítottunk az R-UUO modellben, köztük néhány új fenotípusú. Ezt egyedülálló módon úgy sikerült megvalósítani, hogy csepp- és lemezalapú scRNS-seq-et integráltak indexkötéssel, hogy az alcsoportokat áramlási citometriával monocita- és makrofágkapukra térképezzék (10). Három monocita klasztert azonosítottak: járőröző és gyulladásos altípusokat, valamint egy egyedülálló "profibrotikus" Arg1-et expresszáló altípust, amely kizárólag az UUO 2. napon (akut sérülési fázis) volt jelen. Ezek az Arg11 sejtek Ly6C1 gyulladásos monociták markereit expresszálták, beleértve a Ccr2-t és az F13a1-et, bár a Ly6c2-t nem. Ezenkívül kimutatták, hogy hipoxiás, profibrotikus és proinflammatorikus géneket expresszálnak, valamint extracelluláris mátrix komponenseket és extracelluláris mátrix keresztkötőket kódoló géneket. Az Arg11 monociták és a mesenchymalis sejtek között feltárt számos ligandum-receptor párral együtt ezek az adatok azt sugallják, hogy az Arg11 sejtek olyan Ly6C1 monocitákból származhatnak, amelyek akut módon aktiválódnak a profibrotikus fenotípus felé a sérült vese hipoxiás és gyulladásos környezetében. Valójában a krónikus progresszív vesekárosodás során monociták behatolási hullámok vannak (35).

Érdekes módon a szepszis okozta vesekárosodás modelljében a makrofágok egy alklasztere fokozott Arg1 expressziót mutatott a későbbi sérülés utáni időpontokban, jóllehet alternatív makrofág aktiváció markereivel, mint például az Mrc1 (38). Tovább követtük a vesébe toborzott keringő immunsejtek sorsát páros vércsere segítségével. Előnyös a parabiózissal szemben, mivel a donorsejtek viszonylag rövid ideig nagy számban jelennek meg a keringésben, így lehetővé válik a sejtek több időpontban történő nyomon követése a sérülés után vagy a betegség feloldódása során. A páros vércsere, áramlási citometria és pszeudoidő elemzések kombinálásával kimutattuk, hogy a donor monociták korai rekrutációját az elzáródott vese UUO 2. napon; az UUO 7. napon CCR2hi makrofágokká váltak át, amelyek transzkriptumja majdnem azonos a rezidens makrofágokkal. Más kutatások azt jelzik, hogy a CCR21 sejtek károsak: a CCR2 inaktivált IRI-modellben csökkent a vese F4/80 makrofágjainak kiterjedése és a vesefibrózis súlyossága (5). Továbbra is meg kell határozni, hogy ezek az új populációk jelen vannak-e a CKD összefüggésében minden szakaszban; Például jelen vannak-e az Mmp121 makrofágok a sérülés korai pontjain, ahol az endogén vese-javító mechanizmusok aktívak és megkísérlik a helyreállítást, vagy csak akkor, ha heges mátrix van jelen, és nincs folyamatos sérülési inger? Dhillon et al. (39) scRNS-seq elemzést végeztek egészséges és fibrotikus egérveséken folsav nefropátia modellből. Tizennégy immunklasztert azonosítottak, szemben az előző vizsgálatukban mindössze öttel (2), beleértve a makrofágokat, a DC-k alklasztereit (CD11b1/2, PDC), a granulocitákat és a limfocitákat. Egy másik vizsgálatban az scRNS-seq-et és az snRNS-szekvenciát hasonlították össze elzáródott (fibrotikus) egérveséken a UUO 14. napon. Mindkét módszer összehasonlítható volt a génkimutatással; azonban az scRNS-seq-hez képest az snRNS-seq csökkent disszociációs torzítással és disszociáció-indukált transzkripciós stresszválaszokkal (19).

Itt egy makrofág klasztert azonosítottak, bár a kutatók egy új, „differenciált” proximális tubulusklasztert azonosítottak, amely számos szekretált proinflammatorikus citokint expresszált, beleértve a Ccl2-t, a makrofág proliferatív citokin IL-34-t és a Cxcl1 és Cxcl2 neutrofil kemoattraktánsokat. Ez a tanulmány ismét azt jelzi, hogy az snRNS-seq nem képes olyan mértékben kimutatni immunpopulációkat a sérült és gyulladt vesékben, mint az scRNS-seq. Ugyanez a csoport snRNS-szekvenciát végzett mélyhűtött humán diabéteszes vesemintákon (40). A cukorbeteg vesékben a várakozásoknak megfelelően megnövekedett leukociták száma a kontroll vesékhez képest. Monocitákat, plazmasejteket, T-sejteket és B-sejteket mutattak ki; a makrofág populáció azonban nem, annak ellenére, hogy a makrofágok szerepe a 2-es típusú cukorbetegségben jól dokumentált (41). A kutatók továbbá összehasonlították diabéteszes mintáikat a nyilvánosan elérhető PBMC-adatkészletekkel, mivel a kontrollminták leukocitaszáma kicsi volt. Fokozott gyulladásos markereket figyeltek meg mind a beszűrődő diabéteszes CD141 monocitákban, mind a CD161 monocitákban. Nemrég Kuppe és mtsai. (42) létrehozta az emberi vese egysejtes térképét, amelynek középpontjában a tubulointerstitium és a fifibrosis kialakulása állt CKD-ben. A CD102 (nem proximális tubuláris) rendezett sejtekben azonban három makrofág altípust, monocitákat, DC-ket és hízósejteket azonosítottak, csakúgy, mint az NK-, T- és B-sejteket. A kutatók a vesefifibrózisban szerepet játszó útvonalak működő modelljét javasolták, de a profibrotikus jelátvitelben fontos szerepet játszó immunsejtek, annak ellenére, hogy elfogták őket, hiányoztak ebből a modellből. A különböző kóros állapotokban lévő immunsejtekről alkotott ismereteinket tovább bővítve egy tanulmány az emberi vese immunrendszerét írta le lupus nephritisben, a szisztémás lupus erythematosus gyakori szövődményében (43).

A lupus nephritisben szenvedő betegek és az egészséges kontrollok vesemintáit scRNA-seq. Ez huszonegy immunklasztert tárt fel, beleértve a mieloid sejtek számos alcsoportját mind a proinflammatorikus, mind a gyulladást feloldó válaszokban: gyulladásos CD161 makrofágok, fagocita CD161 makrofágok, szövetben rezidens makrofágok, M2-mint például CD161 makrofágok, cDC-k és pDC-k. Az egészséges vesékben a szövetekben rezidens makrofágok voltak a domináns klaszterek. A mieloid sejteket egyre inkább elismerik a transzplantátum kilökődésének fő szereplőiként. Dangi és mtsai. (18) scRNS szekvenciát használtak a mieloid sejtalcsoportok vesetranszplantációs kilökődéshez való hozzájárulásának vizsgálatára egérmodellben. Tizenhárom klasztert azonosítottak immunsejttípusként, köztük két makrofág alcsoportot, monocitákat, pDC-ket, cDC-ket és egy átmeneti monocita/makrofág populációt. Ahogy az várható volt, az összes immunsejt-klaszterben a sejtek száma a kilökődő vesékben volt a legmagasabb, ezt követték a tolerált vesék, és jelentősen alacsonyabb és gyakran elhanyagolható volt a naiv vesékben. A makrofág klaszter volt a második legelterjedtebb a T-sejtek mögött. Érdekes módon a legfontosabb klaszter-meghatározó gének közül az Axl-t kizárólag a graft-infiltráló mieloid sejtklaszterek, az 1. és 2. makrofág klaszter, valamint a makrofág/monocita klaszter expresszálták, de más sejttípusok nem. Azt találták, hogy az Axl11 makrofágok szignifikánsan magasabbak a kilökött, mint a tolerált vesékben, és az Axl elősegítette a gyulladásos makrofágok intragraft differenciálódását. Egy másik scRNA-seq tanulmányban Wu és mtsai. (32) egy akut kilökődésen átesett recipiens vese allograft biopsziáját elemezte. Két különálló monocitapopulációt azonosítottak, valószínűleg proinflammatorikus és klasszikus vagy köztes monocitapopulációt, ami tovább erősíti a mieloid sejtek szerepét a vese kilökődésében emberekben.

Következtetések

Az elmúlt néhány évben az egysejtű genomika (amelyben az scRNA-seq élen jár) új kísérleti eszköztárat biztosított a kutatóknak az egyes sejttípusok egészségben és betegségekben betöltött szerepének és kölcsönhatásainak boncolgatására. Lehetővé teszi az összetett szervek mieloid sejtbiológiájával kapcsolatos ismereteink újraértékelését, beleértve a celluláris ontogenetikus szempontokat, a differenciálódást, a homeosztázist és az aktiválási állapotok körét. Ez különösen fontos a vesében, ahol a myeloid kompartmenten belüli sejtek heterogenitása és plaszticitása mind homeosztatikus, mind betegségi körülmények között tükröződik. Fontos lesz az emberi minták felhasználásával végzett külön kísérletekből származó adatkészletek integrálása; Az emberek genetikailag heterogének, és változó a környezeti expozíciójuk, és elegendő minta beszerzése kihívást jelenthet. Ez is rávilágít arra, hogy továbbra is meg kell határozni eredményeink lefordíthatóságát. Az scRNA-seq alkalmazása mind az alapkutatásban, mind a transzlációs kutatásban várhatóan exponenciálisan növekedni fog a kísérleti és analitikai módszerek folyamatos fejlődésével és szabványosításával.

további információ:ali.ma@wecistanche.com