中国树鼩肾上腺细胞群体与类固醇合成的多组学分析揭示其与人类相似的肾上腺特征

Human-like adrenal features in Chinese tree shrews revealed by multi-omics analysis of adrenal cell populations and steroid synthesis.

作者信息Jing-Hang Jiang, Yi-Fu Wang, Jie Zheng, Yi-Ming Lei, Zhong-Yuan Chen, Yi Guo, Ya-Jie Guo, Bing-Qian Guo, Yu-Fang Lv, Hong-Hong Wang, Juan-Juan Xie, Yi-Xuan Liu, Ting-Wei Jin, Bi-Qi Li, Xiao-Shu Zhu, Yong-Hua Jiang, Zeng-Nan Mo
PMID38766745
期刊Zool Res
发布时间2024-05-18
DOI10.24272/j.issn.2095-8137.2023.280

实验完整度

该研究包含单细胞RNA测序、空间转录组、质谱、免疫组化、原代细胞培养和多种动物模型比较等多个独立证据层级,并进行了功能验证和机制验证。

主要模型

中国树鼩肾上腺组织 树鼩原代肾上腺细胞培养 人类肾上腺单细胞数据 猕猴和鼠肾上腺数据

重点核对

树鼩年龄和性别(3个月和18个月,雌性和雄性) 用于单细胞RNA测序的8只树鼩 细胞消化条件(Liberase TL和DNase I浓度) 类固醇激素检测方法(液相色谱-串联质谱)

摘要

中国树鼩(Tupaia belangeri chinensis)已成为研究肾上腺类固醇合成的有前景的模型,但尚不清楚其肾上腺中是否由相同的细胞产生类固醇激素,以及其产生方式是否与人类相同。在这里,我们利用单细胞RNA测序、空间转录组分析、质谱法和免疫组织化学,全面绘制了中国树鼩肾上腺的细胞类型和类固醇代谢途径。我们比较了树鼩、人类、猕猴和小鼠的多种肾上腺细胞类型的转录组。结果表明,树鼩肾上腺表达许多与人类相同的类固醇合成关键酶,包括CYP11B2、CYP11B1、CYB5A和CHGA。生化分析证实树鼩肾上腺产生醛固酮、皮质醇和脱氢表雄酮,但不产生脱氢表雄酮硫酸酯。此外,基于全基因组关联研究,树鼩肾上腺细胞类型中的基因与人类多囊卵巢综合征、原发性醛固酮增多症、高血压及相关疾病的遗传风险因素相关。总体而言,这项研究表明,中国树鼩的肾上腺可能由与人类肾上腺功能相似的密切相关的细胞群体组成。我们的综合结果(公开获取于http://gxmujyzmolab.cn:16245/scAGMap/)应有助于推动该动物模型用于肾上腺疾病的研究。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
中国树鼩肾上腺是否具有与人类相似的细胞类型、结构以及类固醇合成途径?
核心机制
中国树鼩肾上腺表达与人类相同的类固醇合成关键酶,如CYP11B2、CYP11B1和CYB5A,并产生醛固酮、皮质醇和DHEA,但不产生DHEAS,表明其类固醇代谢途径与人类高度相似。
主要证据
单细胞RNA测序鉴定13种肾上腺细胞类型,空间转录组和免疫组化验证酶表达,质谱检测到类固醇激素,原代培养细胞经胆固醇刺激后DHEA合成增加。
研究意义
中国树鼩可作为研究人类肾上腺疾病(如多囊卵巢综合征、原发性醛固酮增多症、高血压等)的理想小动物模型。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

构建肾上腺单细胞转录图谱

鉴定中国树鼩肾上腺的细胞类型和组成

使用单细胞RNA测序技术对8只不同性别和成熟度的树鼩肾上腺进行测序,并鉴定出13种主要细胞类型。

2

空间转录组定位细胞分布

确定关键细胞类型和基因在肾上腺组织中的空间分布

使用空间转录组技术分析肾上腺切片,并将单细胞数据映射到空间位置。

3

验证关键酶的蛋白表达

验证类固醇合成关键酶在蛋白水平的表达

通过免疫组化检测STAR、CYP11B1、CYP11B2、CYB5A、CYP21A2、SULT2A1等蛋白的表达。

4

检测类固醇激素产生

确证树鼩肾上腺产生哪些类固醇激素

使用液相色谱-串联质谱检测肾上腺组织和培养上清中的类固醇激素水平。

5

原代细胞培养验证DHEA合成

验证胆固醇刺激是否促进DHEA的产生

原代培养肾上腺细胞,并用胆固醇处理24小时,然后测定DHEA水平。

6

跨物种转录组比较

比较树鼩肾上素细胞类型和基因表达与人类、猕猴和鼠的相似性

整合人、猕猴、小鼠的公开单细胞RNA测序数据,进行相关性分析和差异表达分析。

7

与人类疾病基因风险关联分析

探索树鼩肾上腺转录组与人类肾上腺疾病遗传风险的相关性

将树鼩肾上腺细胞类型的表达谱与GWAS中疾病相关基因进行相关分析。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
RPMI 1640培养基GibcoC11875500BT
胎牛血清HyCloneSH30070.03
杜氏磷酸盐缓冲液Wisent311-425-CL
Liberase TL酶Roche5401020001
脱氧核糖核酸酶IRoche10104159001
细胞筛网Falcon352350
红细胞裂解缓冲液BioLegend420301
Chromium控制器10x Genomics--
T100热循环仪Bio-Rad--
NovaSeq 6000Illumina--
OCT包埋剂Sakura4583
低温恒温切片机LeicaCM3050S
6孔板Corning3516
青霉素/链霉素Gibco15140-122
L-谷氨酰胺Gibco25030081
胆固醇SigmaC3045
UPLC-ExionLC AD系统----
QTRAP 6500+系统----
NanoZoomer S60数字切片扫描仪HamamatsuC13210-01
Gluta固定缓冲液SolarbioP1126
EMbed 812SPI90529-77-4
HT7700透射电子显微镜Hitachi--
EDTASolarbioC1034
兔抗人STAR抗体NovusNBP1-33485
兔抗人CYP11B1抗体Biossbs-3898R
兔抗人CYP11B2抗体Biossbs-10161R
兔抗人SULT2A1抗体InvitrogenPA5-83561
兔抗人CYP21A2抗体Abcamab230327
兔抗人CYB5抗体Abcamab69801
兔抗人CHGA抗体Abcamab283265
兔抗人MPZ抗体Biossbs-0337R
生物素标记的山羊抗兔/小鼠二抗ZSGB-BIOSAP-9100
碱性磷酸酶标记的链霉亲和素ZSGB-BIOSAP-9100
DAB溶液ZSGB-BIOZLI9018

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
单细胞RNA测序
动物年龄(3个月和18个月)和性别(雌雄各2只),消化液浓度(Liberase TL 0.1 mg/mL,DNase I 1 mg/mL),目标细胞数(10000)
阅读提示:Materials and Methods, Single-cell RNA sequencing of tree shrew adrenal glands
原代细胞培养
胆固醇浓度(0.1 mmol/L),刺激时间(24小时),培养时间(4-6小时)
阅读提示:Materials and Methods, Primary adrenal cell culture
激素检测
样品处理(甲醇提取,离心)
阅读提示:Materials and Methods, Liquid chromatography-tandem mass spectrometry
免疫组化
抗体稀释度和抗原修复条件(EDTA pH 8.5,煮沸5-10分钟)
阅读提示:Materials and Methods, Expression of key steroid enzymes