上海
肾单位是肾脏的基本 功能 单元，人类 双侧肾脏 共有 约 200 万个肾单位。 肾单位丢失是 导致 肾功能下降的主要原因【1】。由于负责产生哺乳动物肾单位的肾脏祖细胞在出生前后消失 ， 发生肾损伤后人类肾脏只能修复损伤较小的肾单位，而不具备 再 生 全新 肾单位的能力 ， 这也是肾脏 疾病 高发 且 难以 治愈的主要 原因【2】。 因此，学界一直希望寻找到可以在成体中再生肾单位的肾脏干细胞（ Renal Stem Cells ，RSCs），为肾脏疾病的治疗提供新的方法。 然而， RSCs 的身份至今仍未被确证，是该领域长期未解的科学难题 。
202 5 年 8 月 2 2 日，陆军军医大学刘赤教授 、赵景宏教授团队在 S cience Advance s 期刊 在线发表了题为：
Identification of Renal Stem Cells in Zebrafish的研究论文。该研究 在斑马鱼中 ， 通过单细胞 RNA 测序、光转换谱系追踪、干细胞连续移植等方法 ，鉴定到了一种由eya2six2apax2a等基因标记的RSCs类群，此类细胞通过分化增殖去分化模式进行更新，与经典干细胞的自我更新模式存在显著差异
与人类不同，成年斑马鱼具有强大的肾脏再生能力， 在急性肾损伤（ Acute kidney injury ， AKI ）造成大量肾单位丢失后 ，斑马鱼能在 14 天内再生 一批全新 肾单位，恢复肾功能【4】。 既往的 研究表明， 斑马鱼成体肾脏中 存在 一种由 lhx1a 基因 标记的细胞团，通过移植该类细胞团可以再生新的肾单位【4, 5】。 但是，斑马鱼中是否存在 RSCs ， RSCs 存在于 lhx1a + 细胞团中还是 为 产生 该 细胞团的前体细胞等问题并未有研究回答 。 RSCs 的产生、分化和更新方式 以及 调控 这些过程的 机制也未阐明。
因此，该研究 首先利用单细胞 RNA 测序的方法 ， 对庆大霉素 肾 损伤后 四天的斑马鱼肾脏进行了分析。 发现 其中 一 个细胞群 （细胞群 15 ） 表达哺乳动物肾脏祖细胞的相关标记 基因 ： six2a 、 pax2a 、 lhx1a 等。 使用 由 CRISPR/Cas9 基因敲入的方法构建的 Tg (six2a:eGFP) 转基因品系，可以在成体肾脏中发现两种类型的 eGFP + 细胞。一种为间充质状态的细胞，另一类为聚集成团的细胞，这些细胞团为 lhx1a 阳性 。通过进一 步 的亚群分析，可以发现细胞群 15 可以进一步分为两个亚群，亚群 一 高表达 six2a 、 eya2 以及间充质细胞标记 基因 。亚群 二 高表达 lhx1a 、 pax8 、 fgf8a 以及上皮细胞标记 基因 。 因此作者 推测亚群 一 为 RSCs ，而亚群 二 为 RSCs 分化而成的 细胞团组成细胞。
为了进一 步 确认 RSCs 的起源以及更新过程，作者尝试使用哺乳动物肾脏祖细胞 的早期 标记： osr1 、 lhx1a 、 eya1 进行追踪。但是，使用这三个基因的敲入 转基因 品系 均不能够标记 斑马鱼早期胚胎肾脏中 的 RSCs 。而后作者发现 RSCs 中 高表达 eya1 的同家族基因 eya2 。通过构建该基因的敲入 转基 因 品系 Tg ( eya2 :eGFP) ， 发现在斑马鱼胚胎发育 46 小时（ hours post fertilization ， hpf ）， eGFP + 细胞 在斑马鱼胚胎肾小管之间出现。这些细胞在 84 hpf 开始表达 Pax2a ，随后开始 six2a 的表达。这些细胞的体积 在 97 hpf 开始增大，并伸出伪足向肾小管上方迁移，移动到肾小管上方约 20 微米左右的位置。
继续追踪可以发现这些细胞在出生后 8 天 开始表达 lhx1a 。 与此前报道相同【5】， 它们 能通过聚集 形 成细胞团，并进行增殖和分化 产生 新的肾单位。作者进一步使用 EdU 细胞增殖检测，发现单个游离的 RSCs 并不具备增殖的能力，而聚集成团的细胞则具有较强的增殖 信号 。因此，作者推测 RSCs 的更新主要发生在细胞团中。为了追踪 RSCs 的更新过程，作者使用了光转换谱系追踪方法。通过将 Tg (six2a: Kaede ) 胚胎 中的单个细胞团进行变色和追踪， 可以发现单个细胞团可以分化为一个完整的肾单位，并且在肾单位的周围还存在由该细胞 团产生 的 4 - 5 个新生 RSCs 。 免疫荧光和原位杂交结果表明 ， RSCs 在聚集成团后开始进行分化，细胞也通过间质上皮转化 （ Mesenchymal-Epithelial Transition ， MET ） 形成细胞间的连接。随着细胞团的增殖，细胞团下方的细胞开始 高表达 lhx1a 并向肾单位分化 ，而细胞团顶部的细胞重新 开始 高表达 eya2 和 six2a ，随着进一步的发育，顶部的细胞开始脱离细胞团形成新的 RSCs 。这个过程说明 RSCs 的更新过程中发生了去分化以及上皮间质转化 （ Epithelial-Mesenchymal Transition ， EMT ） 。
在未损伤的成体肾脏中，研究团队发现由约 12 个细胞组成的 eya2⁻ 细胞团长期处于静息状态。肾损伤发生后，部分细胞开始激活 eya2 ，继而表达 six2a 、 lhx1a 等基因，形成新的肾单位和 RSCs 。这一过程与胚胎期肾单位发育高度相似。连续移植实验进一步证明， six2a⁺/lhx1a⁻/cdh17⁻ 的 RSCs 具有长期产生肾单位并更新自身的能力。在 eya2 突变体中， RSCs 的更新显著减弱但未完全丧失；而 eya1 在其中发挥部分遗传代偿作用，但无法完全恢复更新功能，提示斑马鱼 RSCs 与 哺乳动物肾脏祖细胞在调控机制上存在差异【6】。 机制层面，免疫共沉淀实验显示 Eya2 通过与 Six1b 形成复合物发挥功能。既往研究表明 Six1 能通过激活 Pax2 和 Six2 的表达调控 哺乳动物 肾脏祖细胞发育【7】。同时， Wnt 信号在肾脏发育和再生中发挥关键作用【8】。研究发现， 过度激活或完全抑制 Wnt 信号均会阻断 RSCs 的更新。进一步实验证实， Wnt 信号的下游因子 Lef1 可直接结合 eya2 启动子并激活其转录，从而调控 RSCs 的更新 。
综上，该研究发现了斑马鱼肾脏中负责肾单位发育和再生的一类干细胞。这类干细胞的主要分子标记为eya2、pax2a、six2a。肾单位发育和再生过程中， 3-4 个 RSCs 通过聚集形成细胞团，并进行增殖和分化，细胞团的底部细胞分化为一个新的肾单位，而顶部细胞通过去分化产生新的 RSCs 。这种 “分化 - 增殖 - 去分化”的 更新 模式，显著区别于经典干细胞的自我更新 方式。
图 ：肾脏干细胞更新机制图 。
该研究为探索RSCs产生和更新的机制提供了必要的前提条件，也为制造人类肾脏干细胞并治愈肾脏疾病带来了希望。
原文链接：http://doi.org/10.1126/sciadv.adx5296
制版人： 十一
参考文献
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