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该研究由Yoshiharu Muto、Parker C. Wilson、Nicolas Ledru、Haojia Wu、Henrik Dimke、Sushrut S. Waikar和Benjamin D. Humphreys等作者共同完成，研究团队来自华盛顿大学圣路易斯分校、南丹麦大学、波士顿大学医学院等多个机构。研究于2021年发表在《Nature Communications》期刊上。
该研究的主要科学领域是单细胞转录组学（single-cell transcriptomics）和染色质可及性（chromatin accessibility）分析，旨在通过整合单细胞RNA测序（snRNA-seq）和单细胞ATAC测序（snATAC-seq）数据，重新定义成年人类肾脏中的细胞异质性。肾脏由多种细胞类型组成，具有复杂的结构和功能异质性，传统的单细胞测序技术虽然能够解析细胞异质性，但在染色质可及性方面的研究较少。该研究通过多组学方法，进一步揭示了肾脏细胞的功能异质性，特别是近端小管（proximal tubule）和厚壁升支（thick ascending limb）中的细胞状态。
研究分为以下几个主要步骤：
样本获取与处理
研究使用了五名健康成年人的肾脏皮质样本，年龄范围为50至62岁，包括男性和女性。所有样本均来自肾切除手术后的非肿瘤组织，肾功能正常。样本经过核分离后，分别进行snRNA-seq和snATAC-seq测序。
单细胞RNA测序（snRNA-seq）
snRNA-seq使用10x Genomics平台进行，共测序了19,985个细胞，涵盖了肾脏皮质中的主要细胞类型，包括近端小管、壁层上皮细胞、厚壁升支、远端小管、集合管、内皮细胞、肾小球细胞、成纤维细胞和少量白细胞。通过Seurat软件进行数据预处理、批次校正和细胞类型注释。
单细胞ATAC测序（snATAC-seq）
snATAC-seq同样使用10x Genomics平台，共测序了27,034个细胞，检测到214,890个可及染色质区域。通过Signac软件进行数据预处理、批次校正和细胞类型注释。snATAC-seq数据与snRNA-seq数据整合，通过标签转移（label transfer）方法预测细胞类型。
多组学数据整合与分析
研究整合了snRNA-seq和snATAC-seq数据，生成了一个交互式多组学图谱，涵盖了转录组和表观基因组数据。通过Cicero软件预测顺式调控染色质相互作用（cis-coaccessibility networks, CCAN），并分析细胞类型特异性的转录因子活性。
功能验证与实验
研究通过免疫荧光染色和染色质免疫共沉淀（ChIP-qPCR）实验验证了部分结果，特别是验证了NF-κB在近端小管细胞中的调控作用。
细胞类型鉴定与异质性分析
snRNA-seq和snATAC-seq数据均成功鉴定了肾脏中的主要细胞类型，并在近端小管和厚壁升支中发现了新的细胞亚群。例如，近端小管中存在一个表达VCAM1的亚群（PT_VCAM1），该亚群在急性肾损伤后显著增加。
染色质可及性与基因表达的关系
研究发现，大多数差异可及染色质区域（DAR）位于基因启动子附近，且与差异表达基因密切相关。例如，近端小管中的SLC5A2和SLC5A1基因的染色质可及性差异反映了其在葡萄糖重吸收中的不同功能。
转录因子活性分析
通过ChromVAR软件预测了细胞类型特异性的转录因子活性，发现NF-κB在PT_VCAM1亚群中显著激活，提示其在肾损伤修复中的重要作用。
功能验证
免疫荧光染色和ChIP-qPCR实验验证了NF-κB在VCAM1表达调控中的作用，进一步支持了其在该细胞亚群中的功能。
该研究通过整合单细胞转录组和染色质可及性数据，重新定义了成年人类肾脏中的细胞异质性，特别是在近端小管和厚壁升支中发现了新的细胞亚群。研究揭示了染色质可及性在细胞功能异质性中的重要作用，并提出了NF-κB在肾损伤修复中的潜在机制。这些发现为肾脏疾病的治疗提供了新的思路。
研究还通过等位基因特异性表达（allele-specific expression, ASE）分析，发现了肾脏细胞中的等位基因偏好性，为进一步研究遗传变异对肾脏功能的影响提供了基础。此外，研究还生成了一个交互式多组学图谱，供其他研究者进一步探索肾脏细胞的特异性染色质可及性区域。
该研究通过多组学方法深入解析了肾脏细胞的异质性，为肾脏疾病的机制研究和治疗提供了重要的科学依据。