引言

常染色体显性多囊肾病（ADPKD） 约占终末期肾病的10%，但既往单核RNA测序因组织解离破坏了囊肿形态，无法回溯定义囊肿转录组。近日，Mayo Clinic的Navin R. Gupta团队在《Kidney360》发表题为《The Polycystic Kidney Disease Cyst Transcriptome Defined by Integrating Spatial, Single Nuclear, and Bulk Transcriptomics》的研究论文，通过多组学整合策略，在保留囊肿形态的前提下系统描绘了人类ADPKD囊肿的转录组与细胞间通讯网络，并锁定Musculin（MSC）为最具特异性的囊肿上皮锚定基因，在三种不同ADPKD基因型中完成蛋白水平验证。

首先，研究团队对一例28岁男性ADPKD-PKD1患者（致病性PKD1缺失，c.9668_9694del）的肾切除标本进行10X Genomics Visium空间转录组分析。5 mm²区域内3,198个spot被捕获，无监督聚类得到8个转录组簇，空间叠加H&E染色后各簇精准对应近端小管、连接小管/集合管、成纤维细胞、免疫细胞、远曲小管、周细胞/血管平滑肌、足细胞/肾小球内皮等结构，灰色空spot落在囊肿和血管腔内。空间转录组在保留组织形态的同时，实现了对ADPKD肾脏细胞类型的原位识别。

图1. 空间转录组揭示ADPKD-PKD1肾脏的8个转录组簇及其空间组织。

（点击图片查看大图）

图2. 转录组定义细胞类型的空间确认。

（点击图片查看大图）

随后，研究团队用CellChat v2对空间spot进行配体-受体分析，发现连接小管/集合管（CNT/CD）spot是最大的信号发送者和接收者，主要通过自分泌和旁分泌与成纤维细胞互动。VEGI信号仅由CNT/CD发出，主要被成纤维细胞和自身接收，而VEGI具有抗血管生成、促进缺氧的作用；TGF-β、TNF、IFN-γ等促炎信号也在CNT/CD、成纤维细胞和免疫细胞之间显著富集。ADPKD相互作用组以缺氧和促炎信号为核心特征。

图3. PKD1-ADPKD相互作用组显示缺氧和促炎信号集中于CNT/CD和成纤维细胞spot。

（点击图片查看大图）

接下来，在配体-受体对层面，研究团队识别出一批与小鼠ADPKD空间转录组高度重合的信号：从囊肿流向成纤维细胞的骨桥蛋白（SPP1）和巨噬细胞迁移抑制因子（MIF），以及从成纤维细胞流向囊肿的TWEAK、Tenascin-C、Pleiotrophin。这些信号分别对应增殖、炎症和纤维化通路，其中MIF和SPP1此前已被证明能独立驱动PKD模型中的囊肿生长。囊肿与成纤维细胞之间存在双向促增殖、促炎、促纤维化信号轴。

图4. 配体-受体对定义ADPKD-PKD1中CNT/CD与成纤维细胞之间特定的增殖、炎症和纤维化信号。

（点击图片查看大图）

接着，研究团队对CNT/CD spot进行亚聚类，识别出5个亚群，其中亚群3.3定位在囊肿衬里上皮，其top差异基因包括MSC、NR4A3、HMGCS2、VTCN1、SMIM5、GLIS2、ATP1B3、CDK2AP2、IGFBP3。其中GLIS2已被报道为多囊蛋白信号的早期效应因子，HMGCS2是酮体生成关键酶，可能帮助囊肿上皮在缺氧条件下满足代谢需求。空间转录组在囊肿衬里上皮中识别出一组候选锚定基因。

图5. CNT/CD捕获点的亚聚类揭示出一个富集囊肿上皮的亚群。

（点击图片查看大图）

进一步，研究团队将候选锚定基因放到已发表的ADPKD单核RNA测序数据（8例ADPKD，5例对照）中验证。MSC在ADPKD特异性CNT_PC亚群中表达最特异，且在全部8例ADPKD患者中一致表达，在5例健康对照中检测不到；IGFBP3和CDK2AP2次之。在156例KPMP样本（40例健康、33例AKI、72例CKD、11例糖尿病）中，MSC也检测不到表达。单核RNA测序验证了MSC在ADPKD患者中的一致性和疾病特异性。

图6. 与囊肿转化相关的差异表达基因、分子通路和基因本体。

（点击图片查看大图）

最后，研究团队在GSE7869囊肿bulk RNA测序数据集（5例ADPKD，3例对照；小囊肿<1 mL、中囊肿10-20 mL、大囊肿>50 mL）中检验候选基因，发现MSC、IGFBP3、CDK2AP2在微小囊肿或小囊肿中开始上调，并在中、大囊肿中持续表达。免疫染色在三种不同基因型ADPKD样本（PKD1非截短、PKD1截短、PKD2截短）中证实：MSC和IGFBP3与AQP2共定位在囊肿衬里，而CDK2AP2未能共定位。MSC跨囊肿大小、跨基因型一致表达于囊肿衬里，是最具潜力的囊肿上皮锚定基因。

图7. 整合ADPKD单核RNA测序以缩小空间定义的候选囊肿锚定基因范围。

（点击图片查看大图）

图8. 整合基于大小的ADPKD囊肿bulk RNA测序以缩小空间定义的候选锚定基因范围。

（点击图片查看大图）

本研究通过多组学整合策略，完成了从空间原位识别ADPKD囊肿到单核分辨率验证患者一致性再到跨囊肿大小和基因型蛋白验证的完整证据链。研究不仅描绘了ADPKD囊肿与成纤维细胞之间的SPP1/MIF-TWEAK/Tenascin-C/Pleiotrophin双向信号轴，还揭示了YAP/TAZ、TGF-β/SMAD3、mTORC2/SGK1等囊肿转化通路，最终锁定Musculin（MSC）为最具特异性的ADPKD囊肿上皮锚定基因。MSC在空间、单核、bulk三个层面一致表达于囊肿衬里，且在健康肾脏和其他肾脏疾病中不表达，为ADPKD的病理机制研究和靶向治疗提供了新的切入点，也为人源肾脏类器官中高通量验证空间来源的配体-受体靶点奠定了数据基础。