学术动态 | 小鼠急性肾损伤的空间转录组学分析
研究背景
单细胞测序技术加深了我们对肾脏生物学和疾病的理解，但这些数据中空间信息的丢失却阻碍了我们对细胞间通信网络和区域基因表达模式的进一步探索。现如今，空间转录组测序平台使得绘制基因组深度测量基因表达的图谱成为可能。
研究方法
对双侧缺血再灌注损伤 (IRI) 模型进行优化验证。使用10× Genomics Visium Spatial Gene Expression解决方案，研究生成了跨越损伤和修复时间过程的基因表达空间图谱，并应用两个开源计算工具Giotto和SPOTlight，以提高分辨率和测量细胞间相互作用动力学。
建立IRI肾损伤模型。(A) 8-10周龄C57BL6/J小鼠中雄性（蓝色圆圈）和雌性（红色方块）的Bi-IRI示意图和组织采集时间线。(B) 雄性和雌性在受伤后4小时、12小时、2天和6周时的血尿素氮 (BUN)水平。(C) 雄性和雌性对照和12小时Bi-IRI小鼠的肌酐水平。(D) 在雄性和雌性对照和12小时Bi-IRI小鼠中，雌性肾小球滤过率 (GFR) 测量和GFR定量的代表性痕量。(E) 通过实时荧光定量PCR检测雌性Bi-IRI时间进程中Kim-1 (Havcr1) 和Ngal (Lcn2) 肾脏表达的变化。
研究结果
雌性小鼠模型中34分钟的缺血时间会导致与雄性小鼠22分钟相当的损伤。报告了在损伤和修复时间过程中绘制的总共16,856个独特基因图谱。Giotto是一个用于空间数据分析的计算工具箱，能够提高基因和细胞类型的分辨率映射。使用种子非负矩阵回归 (SPOTlight) 来解卷积细胞间相互作用的动态图谱，研究发现即使在损伤后6周，受损的近端小管细胞的特征是巨噬细胞和淋巴细胞相互作用增加，这可能反映了AKI向CKD的转变。
利用Giotto解决细胞类型和基因表达的空间关系。(A) Leiden聚类UMAP和可视化显示雌性假手术组的PAGE富集。(B) 通过对足细胞 (Pod)、近端1-2小管段 (PTs1-2)、连接小管 (CNT)、粗上行肢 (TAL) 和细肢 (TL) 进行PAGE富集，在雌性假手术组中主要细胞类型分辨率增加的空间图谱。(C) 雌性创伤过程中PTs3 (Aadat)、TAL (Lcn2)、成纤维细胞 (Cfh) 和集合管 (CD) 中DEGs的空间表达。
使用SPOTlight揭示Bi-IRI时间过程中细胞类型相互作用的变化
研究结论
在这个转录组图谱中，研究定义了区域特异性和损伤诱导的分化标记物的丢失及其在修复过程中的重新表达，以及区域特异性损伤和修复的转录反应。最后，研究创建了一个交互式数据可视化应用程序，供科学界探索这些结果(http://humphreyslab.com/SingleCell/)。
参考文献：
[1] Dixon EE, Wu H, Muto Y, Wilson PC, Humphreys BD. Spatially Resolved Transcriptomic Analysis of Acute Kidney Injury in a Female Murine Model. J Am Soc Nephrol. 2022;33(2):279-289. doi:10.1681/ASN.2021081150
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