單細胞轉錄體 再揭腎臟病神秘面紗

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腎臟是一個非常複雜的器官,它並非是一個簡單的過濾器,它需要藉由許多高度特化的細胞類型之間複雜的相互作用,以提取廢物、平衡體液、形成尿液、調節血壓以及分泌激素。因此,若要了解腎臟,就必須先了解它的所有細胞的類型和亞型以及這些細胞如何維持健康或與疾病的關係。

近日,賓州大學佩雷爾曼醫學院(University of Pennsylvania, Perelman School of Medicine)Katalin Susztak 醫學博士的研究團隊透過單細胞轉錄體(single-cell transcriptomics)來找出腎臟病的潛在細胞標靶,該研究刊登於《Science》期刊上。

該研究團隊對健康小鼠腎臟的 57979 個細胞,進行單細胞 RNA 定序,然後他們依其蛋白尿(proteinuria)、血壓調節、慢性腎臟疾病(chronic kidney disease, CKD)、腎結石(nephrolithiasis)和腎小管酸中毒(renal tubular acidosis)相關的基因表現,追蹤到特定的細胞。

該研究團隊還發現小鼠的集尿管會產生一種能在二種不同狀態之間轉換的新型細胞,而且當這種轉變發生錯誤時,小鼠可能會產生代謝性酸中毒等不良反應。接著,他們透過計算細胞軌跡分析(computational cell trajectory analysis)和活體內譜系追踪(in vivo lineage tracing)發現,間介細胞(intercalated cell)和主細胞(principal cells)經歷由 Notch 訊息傳遞介導的轉變。此外,他們進一步從 Susztak 博士管理的人類腎臟生物資料庫(human kidney biobank)中,取得大量群組患者樣本並進行分析。結果顯示,上述細胞狀態相互轉換的狀況,也會發生在人類腎臟病患者中,而且當腎臟無法從體內清除足夠的酸時,就會導致酸中毒。

Susztak 博士表示,該研究為腎臟生理學和疾病提供了全新的見解,腎臟中的每個細胞似乎都具有獨特且非冗餘的功能,而且當人體特定腎細胞發生功能障礙,會呈現出相對應的症狀。透過他們的研究方法,人們開始了解單細胞表現能反映出腎臟病的病情發展。她也進一步表示,該研究結果,將幫助他們更了解不同種類腎細胞在正常腎功能和疾病形成過程的動態變化所扮演的角色。結合現有知識,該研究結果也能提供未來的研究一個新的方向,以找出慢性腎臟疾病的根本原因。此外,當腎臟病形成時,細胞特徵會改變,表示會「重新編程」腎臟,所以他們未來的目標,是找到解決這種重新編程的方法。

延伸閱讀:揪出細胞層次裡的致病真兇:單細胞 RNA 定序結合微流體技術

文 / Parker Yang

參考資料:
1. Suszták K, et al. Science. 2018 Apr 5. doi: 10.1126/science.aar2131.
2. https://www.news-medical.net/news/20180406/Penn-research-provides-unprecedented-insight-into-kidney-physiology-and-disease.aspx
3. https://www.genengnews.com/gen-news-highlights/kidney-diseases-traced-to-molecularly-defined-cell-types/81255679

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