? 腎臟，這個如同精密過濾器般的器官，在維持人體正常生理功能中扮演著舉足輕重的角色，它不僅負責(zé)過濾血液、維持體液平衡，還參與多種激素的代謝調(diào)節(jié)。然而，在腎臟相關(guān)疾病的研究中，一個有趣卻又復(fù)雜的現(xiàn)象逐漸引起了科學(xué)家們的關(guān)注 —— 許多腎臟疾病的發(fā)病率和進展存在明顯的性別差異。例如，男性患腎癌的風(fēng)險相對較高，而女性似乎在某些腎臟疾病中具有一定的激素保護作用。但長期以來，這些性別差異背后的分子機制卻如同迷霧，籠罩著腎臟疾病的研究領(lǐng)域，讓科學(xué)家們難以精準把握。
為了揭開這層神秘的面紗，華盛頓大學(xué)圣路易斯分校（Washington University in St. Louis）的研究人員展開了一項極具意義的研究。他們整合了來自六個平臺的數(shù)據(jù)，對 68 只小鼠在胚胎期 16.5 天（E16.5）、出生（P0）、3 周齡、12 周齡、52 周齡和 92 周齡這六個發(fā)育和成年時間點的 76 個腎臟樣本進行了全面分析，旨在構(gòu)建小鼠腎臟在整個生命周期中的分子圖譜，深入探究腎臟性別二態(tài)性的奧秘。
這項研究成果發(fā)表在《Nature Genetics》雜志上，為腎臟疾病的研究開辟了新的方向。研究人員通過一系列嚴謹?shù)膶嶒炘O(shè)計和數(shù)據(jù)分析，得出了許多重要結(jié)論，對深入理解腎臟生理和疾病機制意義重大。
在研究方法上，研究人員運用了多種先進的技術(shù)手段。首先，利用單細胞測序技術(shù)，包括單細胞核 RNA 測序（snRNA - seq）和單細胞核轉(zhuǎn)座酶可及染色質(zhì)測序（snATAC - seq），對腎臟細胞進行高分辨率的基因表達和染色質(zhì)可及性分析。其次，借助 Visium 空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)（ST）和 Xenium 技術(shù)，研究人員能夠在空間層面解析基因表達模式，精準定位不同細胞類型在腎臟中的位置。此外，還運用了多重成像和免疫熒光（IF）技術(shù)，從蛋白質(zhì)水平驗證基因表達差異 。在樣本選擇上，使用了 C57BL/6J 小鼠，并對不同發(fā)育階段的小鼠腎臟進行采樣，同時也分析了人類腎臟樣本，確保研究結(jié)果的普適性。
下面來詳細看看具體的研究結(jié)果：
小鼠腎臟的綜合多組學(xué)分析：研究人員收集了不同發(fā)育階段小鼠的腎臟樣本，通過 snRNA - seq 和 snATAC - seq 獲得了 203,139 個高質(zhì)量細胞。經(jīng)過質(zhì)量控制和批次效應(yīng)校正后，對數(shù)據(jù)進行整合分析。通過 Visium ST 技術(shù)，觀察到不同發(fā)育階段腎臟細胞類型的分布變化，如胚胎期和新生兒期的細胞類型與成年期有明顯差異，且已知的腎臟分段標記基因在空間上呈現(xiàn)出預(yù)期的分布模式。
- 青春期后 PT 中轉(zhuǎn)錄的性別二態(tài)性顯現(xiàn)：在研究不同腎臟段的性別差異時，發(fā)現(xiàn) PT 細胞在發(fā)育和性別差異方面表現(xiàn)出獨特的模式。3 周齡時，PT 基因表達譜與后期年齡不同，且性別偏向較弱。隨著性成熟，從 3 周齡到 12 周齡，PT 中許多基因的表達模式發(fā)生顯著變化，例如 Rhobtb1 和 Ehhadh 等基因在 3 周齡時高表達，隨后下降；而 Ghr 基因在 3 周齡時無表達，后期則維持高水平。同時，在 PT 中還鑒定出大量性別差異表達基因（DEGs），這些基因在男性和女性中的表達模式差異顯著，且在 PT(S2)和 PT(S3)段比 PT(S1)段更為明顯。
- 性別偏向的 DEGs 在 PT(S3)中最為常見：通過對上皮細胞類型的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn) PT(S3)中性別偏向的 DEGs 數(shù)量最多。對這些 DEGs 進行通路分析表明，女性在肌生成、白細胞介素 2（IL - 2） - 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子 5（STAT5）信號通路以及上皮 - 間質(zhì)轉(zhuǎn)化等通路中富集；男性則在異生物質(zhì)和脂肪酸代謝通路中富集。此外，還驗證了一些已知的性別偏向基因，并發(fā)現(xiàn)了新的性別偏向基因，如 Socs2 和 Akr1c21，這些基因在蛋白質(zhì)水平也表現(xiàn)出明顯的性別差異。
- 小鼠 PT 性別二態(tài)性的分子機制：通過轉(zhuǎn)錄因子（TF）調(diào)控子活性分析，發(fā)現(xiàn) PT(S3)中許多調(diào)控子存在性別偏向，且調(diào)控子富集在 3 周齡到 12 周齡間發(fā)生顯著變化，暗示性激素的參與。研究人員提出了兩種調(diào)節(jié) PT(S3)中女性偏向 DEGs 的機制：催乳素誘導(dǎo)的 JAK2/STAT5 激活以及 STAT5/BCL6 在靶啟動子上的競爭性結(jié)合。其中，Socs2 和 Prlr 的表達可能受這兩種機制共同控制，而 Abcc3 和 Acot7 僅依賴 JAK2/STAT5 激活。
- 性別偏向的空間分布模式：利用 Xenium 平臺分析腎臟的空間表達模式，研究人員確定了腎臟的四個不同區(qū)域，并發(fā)現(xiàn)了五種性別二態(tài)性的空間表達模式。例如，Pigr 基因在男性腎臟的皮質(zhì)和外髓質(zhì)外條紋（OSOM）中高表達，且在 PT(S3)的皮質(zhì)髓質(zhì)交界處達到峰值；Akr1c21 基因在男性 PT(S3)中特異性富集，在女性 OSOM 中表達急劇下降。同時，參與 JAK/STAT 通路的女性偏向基因 Prlr、Jak2 和 Socs2 在女性 PT(S3)中表達較高，且在 OSOM 中呈現(xiàn)出明顯的表達峰值。
- 核受體（NRs）調(diào)節(jié) PT 中的性別偏向 DEGs：通過基序富集分析，研究人員發(fā)現(xiàn)不同性別在 PT(S2)和 PT(S3)中存在特異性的基序。例如，C/EBP 家族在女性中高度富集，而 NR1、NR2 和 NR3 在男性中富集。進一步分析發(fā)現(xiàn)，雄激素受體（AR）基序在男性的所有 PT 段中均有顯著較高的富集，表明雄激素直接參與了男性腎臟性別偏向基序的富集。約 14% 的男性偏向 DEGs 是 AR 基序的下游靶標。
- 在人類中評估小鼠 PT 性別 DEGs：研究人員在人類樣本中評估了小鼠研究的發(fā)現(xiàn)，結(jié)果顯示 PT 同樣是人類中具有最多性別 DEGs 的細胞類型。在小鼠和人類中，分別有 87%（906 個）和 82%（796 個）的性別 DEGs 表現(xiàn)出相同的趨勢，且有 135 個和 111 個重疊的 DEGs 在兩者中均顯示出大于兩倍的表達差異。通過 IF 染色和多重成像技術(shù)，在蛋白質(zhì)水平驗證了部分基因（如 SOCS2、SCD、CYP4B1 和 INMT）的性別差異。
- 衰老對腎臟不同性別細胞類型的影響：比較 92 周齡小鼠腎臟與年輕小鼠腎臟，發(fā)現(xiàn)免疫細胞在衰老腎臟中逐漸積累。在不同細胞類型中，PT 在衰老過程中表現(xiàn)出最多的基因改變，且老年雄性小鼠的差異比雌性小鼠更為顯著；而收集管主細胞（CD_PC）在雌性小鼠中表現(xiàn)出更豐富的衰老相關(guān)改變。研究還發(fā)現(xiàn)，一些衰老相關(guān)基因與腎臟疾病有關(guān)，如 Pappa 和 Spp1，且部分衰老 DEGs 也是性別 DEGs，這凸顯了在腎臟衰老研究中考慮性別的重要性。
在研究結(jié)論和討論部分，這項研究通過多組學(xué)和空間分析，全面地描繪了小鼠腎臟在整個生命周期中的性別差異，為理解腎臟性別二態(tài)性提供了深入的見解。研究發(fā)現(xiàn)的性別特異性基因表達和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，有助于解釋腎臟疾病中性別差異的分子機制。例如，Pigr 基因在男性腎臟特定區(qū)域的高表達可能與其腎癌易感性相關(guān)；Socs2 基因的表達調(diào)控機制為進一步研究女性腎臟疾病的保護機制提供了線索。此外，研究還強調(diào)了在腎臟研究中納入性別因素的重要性，為未來腎臟疾病的診斷、治療和預(yù)防提供了新的思路和潛在靶點，有望推動個性化醫(yī)療的發(fā)展，針對不同性別的患者制定更精準的治療方案?？傊?，該研究成果為腎臟疾病領(lǐng)域的研究開辟了新的方向，具有重要的理論和臨床意義。（子科生物報道）
