1月7日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Cell Discovery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）周斌研究組的科研成果“Bi-directional differentiation of single bronchioalveolar stem cells during lung repair”。該研究基于雙同源重組報(bào)告系統(tǒng)，利用細(xì)胞克隆分析技術(shù)揭示了單個(gè)支氣管肺泡干細(xì)胞（single BASC）在支氣管和肺泡區(qū)域都損傷情況下具有同時(shí)再生這兩個(gè)區(qū)域上皮細(xì)胞的能力。這一發(fā)現(xiàn)為肺臟的再生治療提供了新的理論指導(dǎo)。

 

        作為一個(gè)復(fù)雜的多功能器官，肺臟對(duì)人類(lèi)的生存至關(guān)重要。肺上皮細(xì)胞對(duì)肺臟穩(wěn)態(tài)的維持及肺損傷后修復(fù)再生具有重要作用。肺臟自上端到末端結(jié)構(gòu)主要包括氣管、支氣管、小支氣管和肺泡區(qū)域。肺臟呼吸道不同的區(qū)域具有不同種類(lèi)的上皮細(xì)胞。氣管和支氣管的上皮細(xì)胞主要包括纖毛細(xì)胞、棒狀細(xì)胞、杯狀細(xì)胞和基底細(xì)胞等；小支氣管上皮主要包括纖毛細(xì)胞、棒狀細(xì)胞和神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞；肺泡區(qū)域上皮主要由I型肺泡上皮和II型肺泡上皮組成。以往的研究普遍認(rèn)為不同區(qū)域的上皮細(xì)胞維持各自區(qū)域的穩(wěn)態(tài)。

 

        2005年，Kim研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)體外驗(yàn)證，首次提出在小支氣管與肺泡交界處（bronchioalveolar juct junctions, BADJs）存在一群多能性干細(xì)胞，具有同時(shí)表達(dá)支氣管上皮棒狀細(xì)胞分子標(biāo)記Scgb1a1（又稱(chēng)為CC10）和II型肺泡上皮細(xì)胞分子標(biāo)記Sftpc（又稱(chēng)為SPC）的特點(diǎn)，這群細(xì)胞被稱(chēng)為支氣管肺泡干細(xì)胞（bronchioalveolar stem cells, BASCs）（Kim et al., 2005, Cell）。由于Kim團(tuán)隊(duì)的研究缺乏體內(nèi)的直接證據(jù)，周斌研究組利用雙同源重組細(xì)胞首次在體內(nèi)證實(shí)了BASCs的存在，并通過(guò)命運(yùn)圖譜分析證實(shí)了BASCs在體內(nèi)具有多能性，其在支氣管上皮損傷后能向支氣管方向增殖分化為支氣管上皮棒狀細(xì)胞和纖毛細(xì)胞；而在肺泡區(qū)域損傷后能向肺泡方向增殖分化為I型和II型肺泡上皮細(xì)胞 (Liu et al., Nature Genetics, 2019)。以上的分析結(jié)果是對(duì)BASCs細(xì)胞群進(jìn)行的命運(yùn)圖譜分析，然而單個(gè)BASC在支氣管和肺泡同時(shí)損傷情況下，是否能展現(xiàn)出更強(qiáng)的增殖分化能力而同時(shí)再生支氣管和肺泡兩個(gè)區(qū)域的上皮細(xì)胞呢？

 

        為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員對(duì)傳統(tǒng)的克隆分析工具R26-Confetti進(jìn)行了改造，改進(jìn)成了受雙同源重組調(diào)控的克隆分析報(bào)告系統(tǒng)，稱(chēng)為R26-Confetti2。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)同時(shí)發(fā)生Dre-rox和Cre-loxP重組后，這個(gè)細(xì)胞會(huì)隨機(jī)表達(dá)RFP，YFP，或nGFP基因，此工具可應(yīng)用于對(duì)雙陽(yáng)性的單細(xì)胞進(jìn)行克隆分析。研究人員首先對(duì)Sftpc-DreER;Scgb1a1-CreER;R26-Confetti2三基因型小鼠進(jìn)行低劑量的Tamoxifen誘導(dǎo)，因?yàn)锽ASC同時(shí)表達(dá)DreER和CreER，這樣可將單個(gè)BASC隨機(jī)標(biāo)記成RFP，YFP，或nGFP。之后依次進(jìn)行萘（Naphthalene）和博來(lái)霉素（Bleomycin）損傷，來(lái)依次損傷支氣管上皮和肺泡上皮。等肺臟再生修復(fù)后收取肺臟組織進(jìn)行免疫熒光染色分析。分析結(jié)果證明，單個(gè)BASC在支氣管和肺泡上皮都受損情況下，可以向支氣管方向分化再生為支氣管上皮棒狀細(xì)胞和纖毛細(xì)胞，同時(shí)也可以向肺泡方向分化再生為I型和II型肺泡上皮細(xì)胞?？偨Y(jié)來(lái)說(shuō)，在損傷修復(fù)中，單個(gè)BASC在體內(nèi)具有雙向分化潛能，為肺臟再生治療提供了新的思路。

 

        該研究工作在周斌研究員的指導(dǎo)下，由研究生劉擴(kuò)等完成，并得到了季紅斌研究員的大力支持。同時(shí)得到中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家基金委、國(guó)家科技部、上海市科委等資助。

 

        文章鏈接