急慢性肾脏疾病导致的肾功能衰竭严重威胁人类健康，困扰着全国近1.5亿肾病患者。 传统的药物治疗和透析治疗难以逆转肾脏结构的损伤和肾功能的持续下降，部分患者可进展为终末期肾病（俗称“尿毒症”），对生命造成严重威胁。目前除了复杂的肾脏移植手术外，尚缺乏可靠的药物用于治疗此类疾病。全世界的科学家们一直在开发基于成体干细胞（前体细胞）移植的肾脏再生医学新技术，希望利用先进的细胞治疗技术带来新的突破。
近日，同济大学医学院左为教授与解放军总医院肾脏病医学部陈香美院士、蔡广研教授团队合作，在《蛋白质与细胞》（Protein& Cell）期刊上在线发表了题为“Single-cell RNA-Seq analysis identified kidney progenitorcells from human urine”的论文。该项工作首次系统地绘制了尿液单细胞图谱，并从中鉴定得到SOX9+肾前体细胞。这群来源于肾小管上皮层的前体细胞能够从健康人和慢性肾病患者的尿液中分离并在短时间内上亿倍扩增。团队把扩增的人类细胞移植到小鼠肾内，成功构建出“人-鼠嵌合肾”，成功重建了肾小管结构，改善了肾脏功能。
为了研究人尿液中各种细胞类型组成和作用，研究团队首先采集了健康成年人尿液进行单细胞测序分析，最终利用单细胞测序技术从尿液中鉴定到了7种细胞类群，包括4种不同类型的免疫细胞群体和3种泌尿系统来源的上皮细胞群体。进一步研究结果显示：尿液细胞群体中有约1.9%的SOX9+细胞，这群细胞主要来源于肾小管。通过拟时序分析研究细胞轨迹，研究团队发现这群SOX9+细胞可能是尿液中存在的具有自我更新和分化潜能的肾前体细胞。
绘制尿液单细胞图谱
随后，研究团队利用他们开发的成体上皮干细胞培养体系（R-Clone），成功地从健康人和慢性肾病患者的尿液中分离并长期培养了上述SOX9+肾前体细胞。仅需一个成年人单次的尿液（约50~200mL），即可从中分离到不超过10个肾前体细胞，而这些细胞可在一个月内被迅速扩增上亿倍。这群细胞具有自我更新能力，最长可在体外培养6个月、传代25次以上的条件下保持其基因组的稳定性。转录组分析测序证实分离到的SOX9+肾前体细胞能够高表达多种干细胞特征基因，而不表达成熟的肾小管和肾小球上皮特征基因。
特别值得一提的是，研究团队把这些培养的人类细胞进行绿色荧光蛋白标记后，移植到肾损伤小鼠的肾脏中。14天后，在小鼠肾内观察到大面积荧光人源细胞整合，成功构建出了“人-鼠嵌合肾”。这些荧光细胞在损伤的区域形成了类肾小管的管状腔体结构，且表达不同分段的肾小管特征基因，如PAX8、ATP1A1、SLC22A6和UMOD等。对于接受了细胞移植的肾损伤小鼠，研究人员用带有红色荧光标记的小分子葡聚糖经静脉注射到其血液循环中，发现这种葡聚糖在GFP+人源肾小管结构中聚集，这说明由移植的人源肾前体细胞分化形成的近端小管有功能性地与小鼠自身的肾小球过滤系统相连。
论文共同通讯作者蔡广研教授指出，该项研究最大的亮点在于其临床转化价值。一方面，尿液单细胞图谱的构建将有助于今后开发无创的肾脏细胞学检测技术，与当下常用的肾脏活检技术互为补充，为复杂肾脏疾病的诊断和靶向治疗提供支持；另一方面，团队成功地在健康人和慢性肾病患者的尿液中鉴定、分离和长期培养了具有肾再生潜能的肾前体细胞类群，解决了供体细胞的来源问题，并建立了肾内细胞移植平台技术，这一成果为肾脏的再生医学疗法带来了新的希望。
左为教授表示，在细胞治疗产品开发方面，团队已对细胞培养制备的工艺进行了充分的工艺优化和改进，以确保其达到临床可用的高品质和稳定性。目前已在上海张江科技城细胞产业园选定建设了新的基地，预计最快今年下半年能启动药品级肾前体细胞的研发生产工作。下一步将与肾内科、影像科及麻醉科等专业临床团队深度合作，利用尿液来源的人自体肾前体细胞移植技术，对慢性肾脏病肾小管损伤的患者开展干细胞治疗的探索性临床研究。
左为研究团队最大的特色是在干细胞领域具有从基础研究到药品研发的全链条转化研究能力。在不远的将来，我们或许可以看到人类重大脏器的再生修复难题被科学家和医师们一个接一个地攻克。