文献解读丨SOX9/CDH6动态开关:决定肾损伤后再生与纤维化命运的单细胞机制
来源: | 作者:ARM | 发布时间: 2026-04-18 | 40 次浏览 | 🔊 点击朗读正文 ❚❚ | 分享到:
急性肾损伤(AKI)后,部分患者可完全恢复肾功能,而另一些则进展为慢性肾脏病(CKD)乃至终末期肾病,同一微环境中“无瘢痕再生”与“进行性纤维化”并存的分子机制长期未明。美国Cedars-Sinai医学中心Sanjeev Kumar团队在Science发表研究,通过单细胞多组学与谱系示踪技术,首次揭示了SOX9/CDH6动态开关决定肾小管上皮细胞修复命运的关键作用:成功修复的细胞关闭SOX9实现无瘢痕愈合,而持续表达SOX9的细胞高表达CDH6并分泌WNT信号驱动邻近成纤维细胞增殖,导致纤维化进展。在人类肾移植患者中,SOX9持续高表达者肾功能更差、纤维化更重。该研究为理解AKI向CKD转化的机制提供了全新视角,并提出了潜在的治疗与诊断靶点


急性肾损伤(AKI)是临床常见的危重病症,部分患者可完全恢复肾功能,而另一些则进展为慢性肾脏病(CKD)乃至终末期肾病。尽管同一损伤微环境中可同时存在“无瘢痕再生”与“进行性纤维化”两种截然不同的修复结局,其背后的分子机制长期未明。

美国Cedars-Sinai医学中心Sanjeev Kumar团队在Science(IF 45.8)发表题为“SOX9 switch links regeneration to fibrosis at the single-cell level in mammalian kidneys”的研究,通过单细胞多组学与谱系示踪技术首次在单细胞层面揭示了SOX9/CDH6动态开关决定肾小管上皮细胞修复命运的关键作用,并证实SOX9⁺CDH6⁺细胞通过分泌WNT信号驱动肌成纤维细胞形成与纤维化进展。该研究为理解AKI向CKD转化的机制提供了全新视角,并提出了潜在的治疗与诊断靶点。

图形摘要

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研究内容

为探究急性肾损伤后同一微环境中“无瘢痕再生”与“进行性纤维化”并存的机制,研究团队首先利用谱系示踪发现:成功修复的肾小管上皮细胞关闭SOX9(SOX9ᵒⁿ⁻ᵒᶠᶠ),而未能恢复极性的细胞持续表达SOX9(SOX9ᵒⁿ⁻ᵒⁿ)。单细胞测序进一步揭示,SOX9ᵒⁿ⁻ᵒⁿ细胞特异性高表达CDH6,形成SOX9⁺CDH6⁺状态;体外实验证实该状态与紧密连接缺失相关。这表明SOX9/CDH6是一个决定修复命运的动态分子开关。(图1)

图1. 单细胞RNA测序揭示修复中的肾单位上皮内存在动态的SOX9/CDH6开关

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研究进一步发现,αSMA⁺肌成纤维细胞几乎总是紧贴SOX9⁺CDH6⁺细胞,而成功再生细胞周围则无。SOX9⁺CDH6⁺细胞高表达Wnt4/Wnt7b但不表达WNT响应基因,而肌成纤维细胞激活Axin2成为WNT响应细胞,提示前者通过旁分泌WNT驱动局部纤维化。(图2)

图2. CDH6状态通过单细胞WNT活性,与伴或不伴αSMA阳性肌成纤维细胞反应的修复过程密切相关

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为验证因果关系,研究团队在SOX9⁺细胞中敲除Wls(WNT分泌必需基因)。结果显示,敲除后肌成纤维细胞显著减少,纤维化减轻;而免疫细胞中敲除无此效应。早期WNT响应成纤维细胞的分子特征(Axin2⁺Lef1⁺Nkd1⁺)被鉴定。这证明SOX9⁺CDH6⁺细胞通过分泌WNT直接驱动纤维化。(图3)

图3. Sox9⁺(持续激活)细胞状态是肌成纤维细胞形成与维持的主要驱动因素

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表观遗传层面,单细胞ATAC测序显示:SOX9ᵒⁿ⁻ᵒᶠᶠ细胞中Sox9染色质关闭、Hnf4a开放;而SOX9ᵒⁿ⁻ᵒⁿ细胞的Sox9、Cdh6、Wnt4等位点染色质持续开放,呈现“卡住”的类祖细胞状态,持续分泌WNT驱动纤维化。(图4)

图4. 单个Sox9⁺(持续激活)细胞核的表观遗传重编程使其进入肾单位祖细胞样状态,这与恢复为正常近端肾小管上皮细胞(PTEC)的Sox9⁺(激活后关闭)细胞核形成鲜明对比

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最后,在人类肾移植患者中验证:SOX9持续高表达者肾功能更差、纤维化更重;人类肾脏中存在SOX9⁺CDH6⁺WNT2B⁺细胞群,且周围环绕αSMA⁺肌成纤维细胞,与小鼠模型一致,表明该机制在人类中高度保守,具有生物标志物与治疗靶点价值。(图5)

图5. 人类肾移植组织中表现出动态的SOX9/CDH6/WNT2B活性,其中CDH6阳性细胞标志着SOX9⁺(持续激活)活性及纤维化病灶

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总结与展望




该研究通过单细胞多组学与谱系示踪技术,首次在单细胞层面揭示了SOX9/CDH6动态开关决定肾小管上皮细胞修复命运的关键机制。研究明确了SOX9⁺CDH6⁺细胞作为WNT分泌源头,通过旁分泌方式驱动邻近成纤维细胞转化为肌成纤维细胞,从而介导AKI向CKD的纤维化进展。基于小鼠模型的发现进一步在人类肾移植组织中得到验证,SOX9/CDH6/WNT2B信号轴的持续激活与肾功能下降及纤维化程度密切相关。目前该研究仍主要基于动物模型和临床队列的回顾性分析,后续需通过前瞻性临床研究进一步评估SOX9和CDH6作为生物标志物的预测价值,并探索靶向该信号轴(如抑制WNT分泌或阻断其受体)的抗纤维化策略在人体中的可行性与安全性。未来,该机制有望为AKI后纤维化的早期诊断、风险分层及精准治疗提供全新的干预靶点。




参考文献:

Aggarwal S, Wang Z, Rincon Fernandez Pacheco D, Rinaldi A, Rajewski A, Callemeyn J, Van Loon E, Lamarthée B, Covarrubias AE, Hou J, Yamashita M, Akiyama H, Karumanchi SA, Svendsen CN, Noble PW, Jordan SC, Breunig JJ, Naesens M, Cippà PE, Kumar S. SOX9 switch links regeneration to fibrosis at the single-cell level in mammalian kidneys. Science. 2024 Feb 23;383(6685):eadd6371.