该研究是中国肾脏病领域首篇关于类器官的研究，首次绘制足细胞发育过程中WT1转录调控图谱，揭示了WT1与足细胞发育之间的关键调控路径，并明确WT1突变的致病作用。更重要的是，该研究提示类器官可以作为肾病基础研究的重要手段。

近年来，利用患者来源的iPSC诱导建立的肾脏类器官能够很好地模拟患者临床疾病表型，为研究疾病发病机制提供了有力的模型支持。WT1作为重要转录因子，其表达沿着后肾间质-足细胞前体细胞-足细胞这一发育路径，最终仅表达于足细胞。前期研究绘制的WT1表观图谱主要基于胎鼠肾脏的ChIP-seq分析。但是，胎儿肾脏中WT1随着发育在不同细胞类型中的表观图谱是缺乏的，并且WT1突变通过何种调控机制导致遗传性肾脏疾病也未阐明。

该研究首先利用scRNA-seq及scATAC-seq双组学解析胎儿肾脏组织，发现WT1基因表达及WT1 Motif的开放均特异性的存在于肾单元祖细胞，足细胞前体细胞及足细胞。WT1 Motif分析显示，随着肾脏发育成熟，WT1 Motif开放位置也随之减少，并且WT1主要通过启动子及增强子元件发挥转录调控作用。针对各发育阶段细胞类型分析，WT1在足细胞发育路径上逐步通过调节WNT signaling pathway, actin filament organization以及 cell junction assembly促进足细胞的发育成熟。进一步利用双组学解析肾脏类器官模型，并且与胎儿肾脏的WT1表观图谱进行比对分析。同样，肾脏类器官中WT1基因表达及WT1 Motif的开放也均特异性的存在于肾单元祖细胞，足细胞前体细胞及足细胞。类器官各细胞类型中的WT1 Motif的位置分布及WT1 调控的通路及基因也与胎儿肾脏相似。以上研究结果，证实了肾脏类器官与胎儿肾脏的相似性，明确肾脏类器官作为遗传性肾脏疾病模型的优势。最后，为阐明WT1在肾脏足细胞发育过程中的重要性，该研究建立了 WT1突变患者肾脏类器官模型。利用scRNA-seq分析发现，该突变通过影响WNT signaling pathway (MAGI2)，actin filament organization (MYH9)以及cell junction assembly (NPHS1)，导致患者足细胞成熟度较低以及结构功能损伤。利用CRISPR-Cas9基因修复WT1突变之后，以上疾病表型得到修复。

综上，该研究绘制了肾脏足细胞发育的WT1表观图谱，揭示了肾脏类器官与胎儿肾脏两者表观图谱具有显著的相似性，明确肾脏类器官作为遗传性肾脏疾病模型的优势，并阐明了WT1突变的致病作用机制。

该项研究的意义有2项：①揭示了WT1基因在肾脏发育阶段的重要性；②明确了肾脏类器官可以是肾脏研究的重要模型。

1.WT1基因与肾脏发育

以人类基因为背景的肾脏中WT1随着发育在不同细胞类型中的转录调控图谱是缺乏的。由于胎儿肾脏样本的稀缺，亟需模拟胎儿肾脏模型的支持，肾脏类器官的出现解决了这一问题。

该研究利用双组学解析胎儿肾脏以及肾脏类器官，发现WT1基因表达及WT1 Motif的开放均特异性的存在于肾单元祖细胞，足细胞前体细胞及足细胞。WT1 Motif分析显示，随着肾脏发育成熟，WT1 Motif开放位置也随之减少，并且WT1主要通过启动子及增强子元件发挥转录调控作用。针对各发育阶段细胞类型分析，WT1在足细胞发育路径上逐步通过调节WNT signaling pathway, actin filament organization 以及 cell junction assembly促进足细胞的发育成熟。同时，研究团队证明了肾脏类器官与胎儿肾脏的WT1转录调控图谱具有较高的相似性。为进一步明确WT1的重要性，研究团队建立了WT1突变患者肾脏类器官，其表现出足细胞发育迟缓的损伤表型。同时利用scRNA-seq揭示了WT1突变导致疾病的具体分子机制。

综上所述，研究团队绘制了肾脏发育的WT1转录调控图谱，揭示了肾脏类器官与胎儿肾脏WT1转录调控图谱的相似性，解析了WT1突变的致病作用机制。

2.明确了肾脏类器官可以是肾脏研究的重要模型

目前，人类对胎儿肾脏的发育并不完全了解，这由于胚胎和婴儿肾脏样本的稀缺导致的。因此，我们不清楚具体基因和蛋白在肾脏发育中起到的具体作用，以及上述基因到底是在特定时间点发挥作用，还是在分化、发育全过程发挥作用。这些基础知识的缺失导致我们现在对先天性肾脏疾病的管理存在不足。但是，肾脏类器官给我们带来了新的研究方法，可以对多囊肾病、法布里病等各种先天性肾脏疾病进行更深入的研究。我们可以了解在上述疾病患者肾脏分化发育阶段中究竟是哪些基因和蛋白起到了关键作用，找到全新的治疗靶点，从而开发相应的防治手段。

刘志红院士

通讯作者

中国工程院院士，主任医师、教授、博士生导师。现任东部战区总医院国家肾脏疾病临床医学研究中心主任。中华医学会理事会常务理事，中华医学会第九届肾脏病学分会主任委员，江苏省医学会副会长。国际肾脏病学会（ISN）常务理事，美国布朗（Brown）大学医学院客座教授。《肾脏病与透析肾移植杂志》总编辑，《Kidney Diseases》主编。长期从事肾脏疾病的临床和基础研究，主持多项国家级重大科研项目，是国家“973”计划项目首席科学家，国家“精准医学”重点研发计划项目首席科学家。获国家科技进步奖二等奖4项，军队和省部级科技奖一等奖9项。出版专著5部，主编主审教材3部。获中国青年科技奖、“求是”杰出青年工程奖、中国工程院光华工程奖、军队专业技术重大贡献奖。被评为全国优秀科技工作者、全国“巾帼建功”标兵、全国三八红旗手、全军优秀共产党员。是中国共产党第十六次全国代表大会代表，中国人民政治协商会议第十届、第十一届和第十二届全国委员，中华人民共和国第十四届全国人民代表大会代表。

王钢

第一作者

东部战区总医院国家肾脏病临床医学研究中心重点实验室PI, 副主任医师，硕士生导师。中国毒理学会类器官与器官芯片毒理学专业委员会委员。主持国家自然科学基金1项，江苏省自然科学基金项目1项。以第一及通讯作者（含共同）发表学术论文11篇包括：Advanced science，Nature communications以及Fundamental research等。入选“南京市中青年拔尖人才”培养对象。

刘志红院士团队聚焦医学前沿领域，引领国内学科发展方向。近五年，先后在New Engl J Med、JAMA子刊、Lancet子刊、J Clin Invest、Ann Intern Med、Nat Rev Nephrol、J Am Soc Nephrol、Kidney Int、Am J Kidney Dis 等国际高水平杂志发表学术论文300余篇，成果被8部国际指南，24部国内外专著引用，获批专利50余项。近年来，团队获得国家首批“精准医学”重点研发计划项目在内的国家和省部级重点科研项目85项，获得国家科技进步奖二等奖2项，军队、省部级奖励10余项。打造了一系列肾脏病诊疗新技术和新方法，10余项新疗法应用于临床。先后组织制定国内指南/专家共识9项，国内标准规范5项，参与全球诊治指南制定。团队先后获得“教育部创新群体”、“军队科技创新群体”和“江苏省优秀临床医学研究中心”称号。

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