单细胞测序在AKI中的应用

SCIENTIFICRESEARCH单细胞测序在急性肾损伤研究中的应用技术演进·细胞图谱·机制解析·临床转化汇报人科研人员日期2026年9月汇报导览01技术革新从批量测序到单细胞与空间转录组02图谱构建AKI细胞异质性与多模型图谱03机制解析免疫细胞亚群与再生修复机制04临床转化生物标志物发现与精准诊疗05挑战展望技术瓶颈与未来突破方向CHAPTER技术革新从平均到单个细胞单细胞测序如何重塑AKI研究范式01从批量到单细胞的范式跃迁单细胞测序让AKI研究从

组织平均

走向

细胞分辨。批量时代·局限传统批量RNA测序信号被平均化肾脏20余种细胞信号被平均化，无法区分细胞类型特异反应，丢失空间位置信息2009单细胞时代开启10至100个细胞Tang等首次实现10至100个细胞的转录组分析，开启单细胞时代2015微流控突破单次检测数千个细胞微流控技术突破，单次实验可检测数千个细胞2016空间转录组问世保留组织原位坐标空间转录组技术问世，保留RNA分子的组织原位坐标，实现基因表达与微解剖结构精准关联单细胞测序原理与主流平台组织裂解获取活细胞悬液单细胞分离FACS或磁珠抗体法RNA测序转录组分析平台对比平台类型核心特征Smart-seq2全长型灵敏度高Drop-seq标签型成本较低10XChromium微滴微流控灵敏度高、错误率低技术组合策略组合多种技术可增加捕获稀有细胞类型与低丰度转录本的可能性。Smart-seq2：低丰度转录本捕获Drop-seq：大规模筛查10XChromium：当前主流选择空间转录组补回空间信息空间位置恰恰是决定组织修复或纤维化走向的关键变量。引入空间转录组，补回单细胞测序丢失的原位空间坐标。互补价值·

单细胞与空间转录组互补，为后续细胞邻域分析、配体-受体推断奠定技术基础。scRNA-seq的局限局限一高通量解析细胞异质性，但丢失细胞在组织中的原位坐标局限二细胞间相互作用与局部微环境无法直接捕获空间转录组的优势优势一保留

RNA分子的组织坐标优势二基因表达与微解剖结构精准关联CHAPTER图谱构建解析肾脏细胞全景从细胞类型到动态时空图谱02修复期细胞构成动态演变33.2%损伤早期12小时Inj-PT占比迅速升至成纤维细胞占比最高修复期14天，提示慢性炎症与纤维化启动修复期三类细胞占比成纤维细胞

19.3%、免疫细胞

7.9%、FR-PT6.5%修复期细胞类型占比（14天）多病因AKI多模型图谱构建覆盖5种常见AKI病因，构建20种细胞类型、80,689个高质量细胞的单细胞图谱5种覆盖AKI病因20种细胞类型80,689个高质量细胞关键发现3项损伤特征对比叶酸与草酸钠AKI的损伤特征更类似梗阻性AKI，源于微小晶体引起肾内梗阻PTC亚型鉴定鉴定7种近端小管细胞（PTC）亚型，适应性不良PTC与经典Havcr1+PTC影响促炎与促纤维化水平细胞死亡机制PTC中程序性细胞死亡占主导，其余肾小管以凋亡与自噬为主近端小管细胞的命运轨迹Inj-PT的命运分岔，决定了肾脏走向

适应性修复

还是

纤维化。两种命运分岔——细胞微环境互作决定修复走向恢复路径恢复为健康状态受损近端小管细胞重获正常表型与功能高表达线粒体稳态与代谢基因：Cxcl12Hmgcs2纤维化路径转变为修复失败近端小管（FR-PT）细胞走向适应性不良的促纤维化表型高表达促纤维化与粘附基因：Serpine1Cd44CHAPTER机制解析揭示损伤与修复的博弈免疫亚群与再生修复的分子逻辑03巨噬细胞亚群与保护机制巨噬细胞并非单一角色，Cx3cr1+亚群是逆损伤而行的保护者。Mo-MΦ招募型顺铂诱导AKI单细胞测序鉴定主导疾病进展阶段Mki67+驻留型顺铂诱导AKI单细胞测序鉴定主导非病理与恢复阶段Cd74+驻留型顺铂诱导AKI单细胞测序鉴定主导非病理与恢复阶段Cx3cr1+驻留型顺铂诱导AKI单细胞测序鉴定主导非病理与恢复阶段中性粒细胞图谱与微环境首个AKI单细胞分辨率中性粒细胞图谱，整合18,591个

细胞，改写既有认知。18,591整合单细胞数首个AKI单细胞分辨率中性粒细胞图谱9个功能异质性亚群亚群规模与功能异质性定义9个

亚群6个在AKI中首次表征，3个为文献新发现功能覆盖吞噬、抗原呈递、促炎、血管调节与促纤维化价空间互作与临床价值病理关联吞噬亚型与晶体相关性AKI相关；不同多形核中性粒细胞是药物性、梗阻性与缺血性损伤的主要效应细胞空间邻域揭示中性粒细胞与髓袢升支（TAL）互作的新型微环境单元预后模型基于中性粒细胞亚群，预测准确性优于现有模型促纤维化巨噬细胞信号轴THBS1/LRP1信号轴，是促纤维化巨噬细胞驱动AKI向CKD进展的核心通路。“巨噬细胞通过

THBS1–LRP1

信号轴重塑间质微环境，驱动肾脏纤维化进展。”—促纤维化巨噬细胞信号轴信号轴激活级联·PFMs→THBS1→LRP1PFMs分泌THBS1›与LRP1互作›激活下游级联›促进TGF-β1活化临床验证人类队列证实，尿THBS1水平可预测CKD进展速度信号轴激活级联单细胞·空间转录组单细胞+空间转录组鉴定

6个

单核吞噬细胞亚群，发现空间分布特异的PFMsPFMs分泌THBS1，与间质成纤维细胞LRP1互作并激活之THBS1激活LRP1下游级联：粘着斑激酶、蛋白激酶B及细胞外信号调节激酶THBS1依赖LRP1促进成纤维细胞TGF-β1活化血小板调控增殖性巨噬细胞血小板在AKI后并非旁观者，而是通过THBS1信号

放大纤维化。THBS1信号驱动增殖性M2巨噬细胞，放大肾脏纤维化进程01观察证据血小板与纤维化关联血小板计数升高与AKI严重程度显著相关，Pf4仅在巨噬细胞中表达空间转录组显示，缺血再灌注损伤肾脏中Pf4与巨噬细胞特征mRNA共定位增强耗竭血小板可加速损伤恢复并显著减少纤维化02机制解析THBS1信号调控巨噬细胞识别出受THBS1信号调节的增殖性M2巨噬细胞新亚型，具有促纤维化特性基因敲除THBS1可下调增殖性M2巨噬细胞并减轻纤维化进程增殖近端小管驱动再生修复2026年NatureCommunications研究揭示，proliferativePT是肾脏再生起始的关键亚群。技术路线整合snRNA-seq与Stereo-seq，建立AKI多阶段高分辨率时空转录图谱核心发现01路线整合snRNA-seq与Stereo-seq，建立AKI多阶段高分辨率时空转录图谱02鉴定鉴定proliferativePT为再生起始关键细胞亚群，富集有丝分裂与细胞代谢基因03验证转基因动物实验验证，Acsm2通过影响细胞代谢与增殖促进再生修复04微环境FIB_C2亚群与proliferativePT共同形成组织修复微环境转化意义开发靶向再生修复药物的理论基础转基因动物实验验证，Acsm2通过影响细胞代谢与增殖促进再生修复FIB_C2亚群与proliferativePT共同形成组织修复微环境CHAPTER临床转化从图谱到诊疗生物标志物与精准干预的新可能04单细胞发现新型生物标志物标志物来源与功能PLEKHA1近端小管损伤标志物Saa3巨噬细胞特异性炎症介质SLC2A1铁死亡相关诊断标记Gclc远端肾单位损伤指标S100a6AKI内皮损伤标志物跨物种单细胞数据比对锁定AKI早期损伤新型标志物病因异质性与诊断价值血清肌酐滞后且易受干扰，单细胞分辨率为AKI病因分层打开新窗口。AKI病因诊断的关键在于区分损伤实质与功能变化——单细胞分辨率正推动早期识别与精准干预。“不同类别损伤标志物有望帮助区分早期损伤节段，阻止AKI向CKD进展。”01诊断局限血清肌酐难以区分损伤类型血清肌酐变化滞后，且受体重、循环容量与药物等因素影响，难以区分实质与功能损害。02临床风险AKI显著加重CKD风险AKI使慢性肾脏病风险增加近

8至10倍，早期识别尤为关键。03图谱价值单细胞图谱揭示机制异同五病因单细胞图谱揭示不同病因病理机制的同质性与异质性，为早期干预提供资源。单细胞指引治疗靶点发现全球AKI每年致死超200万人

，单细胞鉴定机制正转化为治疗靶点。单细胞解析AKI发病机制，发现

SIRT1/PGC-1α、tFNA-siNSUN7、THBS1/LRP1、Cx3cr1+巨噬细胞

四大治疗靶点01机制发现线粒体稳态失衡激活

SIRT1/PGC-1α通路

为潜在治疗靶点02干预策略NSUN7经SPARC/HMGB1轴放大肾脏炎症肾脏靶向纳米递送体系

tFNA-siNSUN7

可显著减轻损伤03机制发现促纤维化巨噬细胞THBS1/LRP1信号轴

为延缓AKI向CKD进展提供干预思路04干预策略Cx3cr1+巨噬细胞增强

凋亡细胞清除

可作为新治疗方向KPMP驱动肾脏精准医学从描述性图谱到

内型分型

，肾脏精准医学正在走向可干预。KPMP通过研究性肾活检获取

AKI

与

CKD

患者组织，结合多组学数据构建公开图谱，驱动肾脏精准医学迈向可干预的新阶段。“多组学整合克服物种差异与人类疾病复杂性，推动临床转化的关键一步。项目定位2项肾脏精准医学项目（KPMP）通过研究性肾活检获取AKI与CKD患者组织公开图谱构建结合多组学数据构建公开图谱方法路径2项系统生物学整合结合临床表型、病理学与分子数据，识别新的疾病内型生物标志物分型预测预后与治疗反应，辅助个体化风险分层CHAPTER挑战展望突破瓶颈，走向精准单细胞测序驱动AKI研究的未来05单细胞研究的三大瓶颈样本处理肾组织解离导致S3段小管细胞选择性丢失瓶颈领域分辨率Visium平台55微米分辨率难以解析20微米直径的肾小管瓶颈领域数据分析Monocle3伪时序分析存在30%假阳性轨迹瓶颈领域技术突破路径与迭代方向瓶颈本身即是路标，每一条约束都对应一条迭代路径。温和解离方案样本处理开发肾脏特异性温和解离方案，减少S3段小管细胞的选择性丢失。超分辨整合分辨率整合Xenium（150纳米级）超分辨技术与CITE-seq蛋白标记，突破分辨率上限。跨物种标准化数据分析建立跨物种细胞注释标准，降低注释与伪时序分析的假阳性。AI动态建模算法迭代引入AI动态建模算法与多组学整合框架，提升复杂数据的解析能力。从细胞图谱到干预策略图谱不是终点，可干预才是单细胞测序的终极价值。从单细胞图谱出发，打通机制解析与干预策略的转化路径从细胞图谱、分子机制到