9月3日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Cell Stem Cell在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所）周斌研究組的最新研究成果“Alveolar regeneration by airway secretory cell-derived p63⁺ progenitors”。該研究利用一系列靶向肺上皮細(xì)胞的體內(nèi)譜系示蹤新技術(shù)，結(jié)合單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)，揭示了氣道分泌細(xì)胞來(lái)源的p63⁺祖細(xì)胞參與肺泡上皮修復(fù)的動(dòng)態(tài)過(guò)程及其調(diào)控機(jī)制。這一發(fā)現(xiàn)為肺泡損傷后的修復(fù)再生治療提供了新的潛在途徑，并揭示了p63基因?qū)τ诜置诩?xì)胞向肺泡細(xì)胞轉(zhuǎn)變中的關(guān)鍵作用。

肺臟，作為呼吸系統(tǒng)的核心組成部分，承擔(dān)著氣體交換和維持免疫等重要功能，展現(xiàn)出強(qiáng)大的自我修復(fù)與再生能力，這一特性高度依賴(lài)于其內(nèi)部多樣的肺上皮干細(xì)胞群體。在肺泡損傷的修復(fù)過(guò)程中，肺泡II型上皮細(xì)胞（AT2細(xì)胞）是重要干細(xì)胞群體，能夠在損傷后自我擴(kuò)增并分化為肺泡I型上皮細(xì)胞（AT1細(xì)胞）。然而，除AT2細(xì)胞之外，氣道上皮內(nèi)的特定干細(xì)胞群體，如分泌細(xì)胞與支氣管肺泡干細(xì)胞，亦能在特定損傷條件下展現(xiàn)出向肺泡上皮方向分化的潛力。因此，探索未知肺上皮干細(xì)胞群體及其在肺泡再生中的具體作用路徑，仍然是該領(lǐng)域內(nèi)亟待解決的重要科學(xué)問(wèn)題。

為了解析肺上皮細(xì)胞參與修復(fù)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，研究人員利用博萊霉素誘導(dǎo)的肺泡上皮損傷模型，意外發(fā)現(xiàn)氣道上皮基底干細(xì)胞的標(biāo)志基因p63在損傷后的肺泡區(qū)域顯著表達(dá)。為了追蹤這群獨(dú)特的p63⁺細(xì)胞的命運(yùn)軌跡，研究人員構(gòu)建了p63-CreER工具鼠模型，發(fā)現(xiàn)這群p63⁺細(xì)胞在損傷后出現(xiàn)，明確界定出這群細(xì)胞不同于氣道基底干細(xì)胞以及遠(yuǎn)端氣道中的p63⁺細(xì)胞。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，這群細(xì)胞具有較強(qiáng)的增殖能力與向AT1細(xì)胞和AT2細(xì)胞廣泛分化的能力，提示這群細(xì)胞可能是一群新發(fā)現(xiàn)的祖細(xì)胞群，研究人員將這群細(xì)胞命名為p63⁺祖細(xì)胞。

隨后，研究人員利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)，詳細(xì)分析了損傷后不同時(shí)間點(diǎn)上的p63⁺祖細(xì)胞及其子代細(xì)胞的基因表達(dá)特征。數(shù)據(jù)顯示，p63⁺祖細(xì)胞主要出現(xiàn)在損傷后兩周左右，且發(fā)現(xiàn)了多個(gè)介于p63⁺祖細(xì)胞與成熟肺泡上皮細(xì)胞的中間態(tài)細(xì)胞群。進(jìn)一步分析p63⁺祖細(xì)胞向肺泡上皮的分化過(guò)程，發(fā)現(xiàn)p63⁺祖細(xì)胞具有兩條分化為AT1細(xì)胞和AT2細(xì)胞的軌跡。隨后，克隆分析實(shí)驗(yàn)也顯示p63⁺祖細(xì)胞可以在不經(jīng)過(guò)AT2細(xì)胞階段的情況下，直接分化為AT1細(xì)胞，提示p63⁺祖細(xì)胞具有雙向分化的潛能。

為了追溯p63⁺祖細(xì)胞的起源，研究人員利用基于雙同源重組酶的譜系示蹤技術(shù)構(gòu)建了可以在特定細(xì)胞類(lèi)型中記錄p63基因激活的p63-Tracer系統(tǒng)。結(jié)合多種譜系示蹤工具，系統(tǒng)篩查了肺臟中所有氣道上皮、氣道分泌細(xì)胞與AT2細(xì)胞產(chǎn)生p63⁺祖細(xì)胞的能力。結(jié)果顯示，氣道分泌細(xì)胞是p63⁺祖細(xì)胞的主要來(lái)源，而其他肺上皮細(xì)胞（包括氣道基底干細(xì)胞、纖毛細(xì)胞、支氣管肺泡干細(xì)胞、AT2細(xì)胞）極少貢獻(xiàn)產(chǎn)生p63⁺祖細(xì)胞，精確繪制了p63⁺祖細(xì)胞與其他肺上皮細(xì)胞之間的譜系圖譜。

為了深入探究p63基因在肺泡上皮修復(fù)過(guò)程中的作用，研究人員構(gòu)建了可以在分泌細(xì)胞中特異性敲除p63基因的譜系示蹤和基因功能研究系統(tǒng)。結(jié)果顯示，p63基因的缺失減弱了p63⁺祖細(xì)胞形成肺泡上皮細(xì)胞的能力，導(dǎo)致分泌細(xì)胞產(chǎn)生的肺泡上皮細(xì)胞數(shù)量顯著降低。進(jìn)一步探究發(fā)現(xiàn)，p63敲除后的分泌細(xì)胞中可以檢測(cè)到大量的細(xì)胞凋亡信號(hào)，而細(xì)胞增殖情況沒(méi)有顯著變化，說(shuō)明p63是p63⁺祖細(xì)胞抵抗損傷后凋亡信號(hào)的關(guān)鍵調(diào)控因子。當(dāng)p63⁺祖細(xì)胞功能受阻時(shí)，肺臟組織內(nèi)膠原蛋白標(biāo)志物羥脯氨酸（Hydroxyproline）以及更多的膠原蛋白基因表達(dá)顯著增加，肺臟纖維化加劇，提示p63⁺祖細(xì)胞在肺泡損傷后修復(fù)與再生過(guò)程中的重要性及其作為潛在治療靶點(diǎn)的價(jià)值。

綜上，該研究通過(guò)系統(tǒng)研究p63⁺祖細(xì)胞的起源、命運(yùn)、功能和調(diào)控機(jī)制，不僅為理解肺損傷后的修復(fù)機(jī)制提供了新的見(jiàn)解，也為肺臟疾病的臨床治療研究提供了新的科學(xué)依據(jù)和突破口，為器官發(fā)育和再生醫(yī)學(xué)研究提供了新技術(shù)和新方法。

分子細(xì)胞卓越中心周斌研究組研究助理呂贊和博士生劉子鑫為該論文共同第一作者。周斌研究員為該論文通訊作者。該研究得到了分子細(xì)胞卓越中心隋鵬飛研究員、上?？萍即髮W(xué)席瑩教授、賓夕法尼亞大學(xué)的Andrew Vaughan教授、Calico公司的Astrid Gillich教授、以及分子細(xì)胞卓越中心動(dòng)物實(shí)驗(yàn)技術(shù)平臺(tái)和細(xì)胞分析技術(shù)平臺(tái)及中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所細(xì)胞分析技術(shù)平臺(tái)的大力支持。該工作得到中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部、上海市科委、新基石科學(xué)基金會(huì)等支持。

文章鏈接：https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(24)00291-1

氣道來(lái)源的p63⁺細(xì)胞貢獻(xiàn)肺泡上皮細(xì)胞參與肺再生修復(fù)機(jī)制