来自美国华盛顿大学免疫病理系的 Parker C.Wilson 教授和肾脏科的 Benjamin D. Humpreys 教授在 Nature Rieview Nephrology 杂志上发表综述文章，阐述了单细胞基因组学和基因编辑对于肾脏病学的意义。

 

随着基于微流体单细胞基因组学的进展，现在我们可以实现对成千上万细胞的整体转录组分析，这就给我们提供了研究肾脏发育，稳态和疾病中起作用的一些细胞类型和状态的研究方法。2018 年有几项特别值得注意的研究，这些研究应用单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）方法明确了肾脏功能的复杂性和动态性。

 

另一项重要的研究比较了来自健康胎儿与成人肾母细胞瘤和肾细胞癌的单细胞转录组，鉴定出了小儿和成人癌症细胞前体。有些研究人员通过研究推动胎儿肾脏正常发育的因子，重点是输尿管芽，帽间质和肾囊泡的发育。他们应用了信息学的方法，从单个时间点的收集的基因表达数据推断出基因动态的变化，这种方法称为伪时间重建，使研究人员识别出在正常肾脏发展过程中促进帽间质转变成肾囊泡的关键转录因子。通过定量比较健康与肿瘤组织中的细胞簇，根据他们的转录概况，揭示了患有威尔姆斯肿瘤患者的肿瘤细胞类似于输尿管芽和肾囊泡的细胞（但有趣的是，没有帽间充质）。

 

单细胞基因组学的最大挑战是如何使用生成的大量数据，这些数据通常以太字节为单位，不仅仅是要描述基因组之间的关联还要推断出生物学机制。类似的挑战也适用通过全基因组关联研究（GWAS）来发现成千上万与疾病相关的单核苷酸变体（SNV）。

 

我们如何识别致病基因和每一个具有潜在风险等位基因的机制？对于复杂疾病，如慢性肾病（CKD），每个风险等位基因的作用范围较小，但因为这些基因通常位于连锁反应的增强区域，这可能对特定疾病相关基因的表达有很大的影响，这些变体称为表达数量性状基因座（eQTLs）。识别这些基因并了解其表达如何改变疾病风险是一项艰巨的任务。这里重要的第一步是确定这些疾病相关基因起作用的个体细胞类型。这种细胞类型特异性 eQTL 图谱的构建揭示了致病细胞类型以及可能与疾病相关的信号传导途径。

 

（1）大规模并行单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）能够以前所未有的精确度对细胞类型和状态进行分子学层面的分析，这对生物学产生深远的影响。

 （2）整合 scRNA-seq 和全基因组关联研究（GWAS）数据可以灵敏地鉴定人类肾脏疾病中的致病细胞类型和基因。 

（3）CRISPR-Cas9 基因编辑的进展促进了激活肾病模型中保护性基因程序表达的新方法的开发，为该治疗方法提供了令人鼓舞的证据基础

 

在 2018 年，Qiu 等人和 Gillies 等人的两项研究分别对 CKD 和肾病综合征风险位点进行了这样的 eQTL 图谱分析。两项研究开始都是通过显微切割将肾小球与肾小管间质中分离出来，然后进行转录组学分析。然后，他们又将基因表达的数据与已知的 SNV 数据进行比较，选择位于表达基因的转录起始位点附近的那些 SNV，从而从每个数据集产生数千个区室特异性的 eQTL。这两项研究的一个重要结论是，许多 eQTL 只能使用区室和细胞特异性进行分析鉴定（与历史上使用的大量组织方法相反）。

总的来说，这些论文证明了技术进步使我们对肾脏疾病机制的理解，以及潜在的新型治疗方法的研发，都起到了深远的影响。这些在未来的时间里应该会加速进展。

参考文献：

Single-cell genomics and gene editing: implications for nephrology. Nature Reviews Nephrologyvolume 15, pages63–64 (2019)