研究目的:肾结石的发病率逐年增长,目前已经成为全世界最多发的泌尿系疾病之一。肾结石导致慢性肾脏病、全因死亡等风险增加给全球卫生系统造成了沉重负担。草酸钙结石是肾结石的主要成分,结石在形成过程中会造成复杂的肾脏损伤,但对其内在细胞和分子机制的研究尚不明确,临床实践中也尚无有效的靶向预防和治疗药物。单细胞转录组测序技术具有高分辨率、高通量的优势,可以系统地检测组织中单个细胞的基因表达情况。该技术在结晶肾病领域的应用将有助于研究者深入了解疾病变化细胞图谱,并为针对性地为临床干预提供有价值的线索。研究方法:建立乙醛酸盐诱导结晶肾损伤小鼠模型,使用单细胞转录组测序技术,于给药第0、1、4、7天获取肾脏单细胞转录组数据,总计获得了约4万个高质量的肾脏细胞的基因表达谱数据。将单细胞基因表达矩阵导入Seurat包后,我们进行了质控、标准化、降维、聚类分群并进行了生物学注释。利用在线数据库我们检索获得了相同模型的肾脏转录组数据,使用反卷积算法探索结晶损伤后肾脏免疫细胞的浸润变化,和本研究的单细胞测序分析结果互相验证。使用Cell Chat分析软件,我们探索了结晶肾损伤发生发展过程中不同细胞类型间的相互通讯作用。根据分析结果,我们着眼于具有潜在修复功能的巨噬细胞和增殖、损伤肾小管上皮细胞间的细胞通讯变化,利用外源性补充或中和抗体清除的办法,设计了体内、体外实验对特定细胞通讯在结晶肾损伤进展中的作用进行验证。利用已经发表的肾脏单核吞噬细胞的单细胞转录组测序数据,我们对肾损伤后巨噬细胞的表型和功能变化进行了验SCH727965化学结构证。通过SCENIC转录因子富集分析软件,我们探索了诱导巨噬细胞表型转化的转录调控机制。利用在线数据集的表达验证以及设计体外实验,我们对该调控机制进行了初步验证。结果:我们在单细胞转录组数据中鉴定出了15个不同的肾脏细胞类型。其中发现随着结晶肾损伤的进展,处于损伤状态的肾小管上皮细胞比例不断升高,同时具有增殖特性的肾小管上皮细胞比例也不断升高。通过拟时序分析,我们发现了损伤的肾小管上皮细胞向增殖肾小管上皮细胞的状态变化。同时在髓系细胞亚群中,我们发现一群特异性表达经典M2型巨噬细胞标志物Mrc1的巨噬细胞比例随疾病进展不断升高。同时该群细胞特异性地高表达细胞生长因子Igf1。在细胞通讯分析中我们发现由该群巨噬细胞主导了向增殖和损伤肾小管上皮细胞的IGF信号,该信号随着疾病进展也不断增强,很有可能是参与损伤后机体自我修复的重要Enasidenib纯度机制之一。通过体内外实验,我们验证了IGF1的补充确实可以通过促进肾小管上皮细胞增殖从而减轻结晶肾损伤,而使用IGF1中和抗体对其进行清除,将减少结晶肾损伤后增殖的肾小管上皮细胞数量,并导致结晶肾损伤的进一步恶化。该效应通过激活肾小管上皮细胞内Akt/RB信号通路得以实现。SCENIC转录因子富集分析鉴定了在Mrc1~+Igf1~+巨噬细胞特异性富集的转录因子Mafb。利用转录因子在线数据库JASPAR和敲除Mafb的在线数据集,我们验证了Mafb对Igf1的转录调控作用。结合细胞通讯分析结果以及体外诱导巨噬细胞表型转变的实验结果,我们推测损伤的肾小管上皮细胞释放GDF15信号诱导了Mrc1~+Igf1~+巨噬细胞表型的形成。在线数据集和体外实验验证了GDF15对Mafb、Mrc1、Igf1的表达调控关系。结论:通过单细胞转录组测序并结合已发表数据的联合分析,我们全面解析了结晶肾损伤发生发展过程中的细胞和分子变化图谱。发现结晶肾损伤后募集在肾脏的髓系细胞具有高度的异质性和可塑性,鉴定并验证了来自Mrc1+巨噬细胞的IGF1信号对损伤后肾脏修复的重要作用。同时我们burn infection发现损伤的肾小管上皮细胞释放大量的GDF15通过影响巨噬细胞转录因子Mafb的表达水平,传导了诱导巨噬细胞向Mrc1~+Igf1~+巨噬细胞转化的信号。研究结果为未来干预、治疗结晶肾损伤及其他类型的肾损伤疾病提供了有价值的研究靶点。