大家好，今天跟大家分享一篇题为Multi-omic and spatial analysis of mouse kidneys highlights sex-specific differences in gene regulation across the lifespan（小鼠肾脏的多组分和空间分析突出了整个生命周期基因调控的性别特异性差异）肾脏在体液平衡、血液过滤、重要分子重吸收以及调节血压和骨矿化的激素处理中具有重要作用。生物医学中一个重要的关注点是基因表达中表现出来的性别差异，如损伤的发生率和严重程度以及男性患肾癌的风险更高，因为女性可能具有激素保护作用。
01
研究背景
许多肾脏疾病的发病率和进展存在性别偏见。为了更好地理解这种性别二态性，我们整合了来自六个平台的数据，表征了来自六个发育和成年时间点的 68 只小鼠的 76 个肾脏样本，创建了两性整个生命周期的小鼠肾脏分子图谱。
我们表明，近端小管具有 3 周龄后出现的性别偏向最严重的差异表达基因，并且与荷尔蒙调节有关。我们揭示了涉及雄激素和雌激素直接和间接调节的潜在机制。空间剖析可识别外髓质皮层和外条纹中明显的性别偏向空间模式。
此外，老年小鼠在亨利环、近端小管和集合管中以性别依赖性的方式表现出更多与衰老相关的基因改变。我们的研究结果增强了对整个生命周期肾脏性别二态性背后的空间分辨基因表达和激素调节的理解。
见图一Visium ST、snRNA-seq和snATAC-seq的研究设计和综合细胞类型分布。
图一
a、研究设计和多组学数据集。时间点和每个时间点收集的小鼠肾脏数量沿中心线显示。来自 Visium 的多组和 ST 图像的 UMAP 显示了跨时间点的细胞类型分布。右侧的条形图显示单元格类型比例。颜色表示图例中的不同单元格类型。
b，W3雌性小鼠肾脏中细胞型标记基因的单核和空间表达谱，表达水平从低（深紫色）到高（黄色）进行颜色编码。
c，W12小鼠主要肾细胞类型的snATAC-seq峰可及性。细胞类型由标记基因指示，颜色代表可及性水平。内皮细胞，内皮细胞;Fib，成纤维细胞;cDC，常规树突状细胞;宏观、巨噬细胞;尿路，尿路上皮;Podo，足细胞;LOH_AL，亨利上肢环;LOH_DL，亨利下降肢的环;CNT，连接小管;CD_IC、收集槽插层单元;PEC，壁上皮细胞;chr，染色体;多产，增殖。
见图二
主要肾祖细胞在整个生命周期中的发育轨迹。
图二
a，b，源自 （a） NP 细胞和 （b） UBP 细胞的每种细胞类型的顶级 DEG 热图。每个热图在前三行显示细胞类型、性别和年龄。
c，发育轨迹说明了 NP 和 UBP 后代细胞随时间推移的基因富集。F，女;M，男。
见图三
PT片段中性别偏见的DEG。
图三
a，成人时间点 W12、W52 和 W92 每个 PT 段中性别偏见的 DEG 计数的欧拉图。数字表示每个时间点和重叠时间点的基因计数。图例中表示不同时间点的颜色。
b，来自GSEA（左）的性别偏向归一化富集评分（NES）的气泡图，以及按表达水平加权的关键通路相关基因（右）（右）。底部图显示了所选基因的假批量表达。
c，PT段和性别的成对Pearson相关分析。红框表示雌性PT（S2）和PT（S3）的相关性，蓝色框表示雄性PT（S2）和PT（S3）的相关性，绿色框表示PT（S3）性别之间的相关性，灰框表示PT（S2）的性别相关性。左下角的小提琴图显示了相关性比较。
d，UMAP 显示 PT（S1）、PT（S2） 和 PT（S3） 从 W3 到 W92 的转变，虚线标记来自成人肾脏 （W12–W92） 的细胞。
e，PT（S2）和PT（S3）中基于snRNA的顶级性别偏向DEG表达的热图。第一组列表示基因表达FC（橙色表示女性偏向，蓝色表示男性偏向），接下来的两组列显示女性和男性的平均表达水平。
f，通过snATAC-seq、snRNA-seq、ST和IF染色比较两性之间的Socs2表达模式。LTL 染色剂可识别 PT 段;ST 图像中的白色虚线曲线标记了内皮质和外髓质区域，而 IF 染色图像中的白色虚线曲线突出了 PT（S3） 样直小管和性别间代表性蛋白质表达差异 （n = 3）。重复实验>3次，结果相似。比例尺 = 100 μm。
g，使用 snATAC-seq、snRNA-seq、Visium ST 和 IF 染色比较性别之间的 Akr1c21 表达模式，标记与 f 一致 （n = 3）。实验重复三次以上，结果相似。比例尺 = 100 μm。EMT，上皮间质转化;mTORC1，雷帕霉素复合物 1 的哺乳动物靶标;MYC、MYC原癌基因、BHLH转录因子;LTL，莲花 tetragonolobus 凝集素。
见图四
调控网络分析揭示的PT性别差异。
图四
a，从E16.5岁到W92岁的所有样品中PT片段中细胞类型特异性调节子的平均二元活性的热图。顶行表示细胞类型、性别和年龄。“（数字 g）”符号表示调节子中的基因数量。
b，参与Socs2表达调控的基因热图。
c，d，PT（S3）衍生的女性偏向基因的表达，预测为STAT5和BCL6的下游靶标（c），并由STAT5严格控制（d）。顶部的参考条表示性别和年龄。
e，性别偏向调控机制图，由STAT5和BCL6一起控制（左），或单独由STAT5控制（右）。红框显示女性偏向基因，蓝色框显示男性偏向基因。
见图五
Xenium揭示的性别偏向空间分布模式。
图五
a，H&E图像，空间分辨的肾区和由Xenium生成的W92肾脏的细胞类型，用于演示（每种性别n = 1）。虚线框表示下一个面板中的缩放区域。
b，女性和男性肾脏肾脏中肾区和肾小管细胞类型的放大视图。
c，每个模式的平均值和百分比表达水平的气泡图。
d，单细胞性别偏向的空间表达模式。
e，雄性偏向基因Pigr的顶部，以及PT和PT（S3）标记分别为Lrp2和Aqp7的裁剪空间表达模式。下图为Pigr在裁剪区的平均表达趋势图（方法）。
f，雌性和雄性小鼠肾脏中Pigr，Aqp7和PT（S3）的放大OSOM视图。
g，雄性偏向基因Akr1c21的顶部，以及PT和PT（S3）标记分别为Lrp2和Aqp7的裁剪空间表达模式。下图为Akr1c21在裁剪区的平均表达趋势图。
h，雌性和雄性小鼠肾脏中Akr1c21，Aqp7和PT（S3）的缩放OSOM视图。
i，Prlr、Jak2和Socs2在两性肾脏中的单细胞空间表达谱。
j，两性OSOM区小鼠肾脏中Prlr，Jak2，Socs2和PT（S3）的放大视图。
k，Prlr、Jak2和Socs2在裁剪区的表达趋势图。ISOM，外髓质的内条纹;TAL，亨利粗升肢环;DTL，亨利细下降肢的环。
见图六
通过基序富集分析揭示的PT性别差异。
图六
a，b，PT（S2）（a）和PT（S3）（b）中富集雄性和雌性特异性峰的顶部基序概述。进行单侧超几何检验，将性别偏向峰与随机选择的具有相同GC含量的峰进行比较。日志10-转换后的 P 值（Benjamini-Hochberg 调整后）表示为气泡大小。
c，PT 片段中 NR 基序家族高于或低于阈值（具有性别富集模式）的基序数量（方法）。
d，NR 家族选定基序概述。气泡大小和颜色分别表示调整后的 P 值和倍数富集，给定每种细胞类型和年龄内的男性和女性特异性峰。P 值的计算方式与 a 和 b 中解释的相同。
e，热图显示 PT 片段中 Ar 基序的预测下游靶标的平均表达量。
02
研究结论
我们和其他人的一个共同发现是，即使是“正常”的人类肾脏标本也往往在遗传上具有异质性，并显示出广泛的与年龄、环境或疾病相关的组织病理学变化。尽管存在这些异质性，我们还是能够在人肾脏的 SOCS2、SCD、CYP4B1 和 INMT 中看到相同的性别偏向基因表达。我们在小鼠和人肾脏中发现的 SOCS2 令人放心，并值得进一步研究。总之，这项工作加强了我们对正常肾脏性别差异的理解，这些差异与 AKI 和 ccRCC 等疾病对男性的影响尤为严重。
好了，今天的文献解读就到这儿来，我们下期再见！