10月1日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊J Clin Invest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）隋鵬飛研究組聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院上海免疫與感染研究所劉博研究員的最新合作研究成果：“Viral infection induces inflammatory signals that coordinate YAP regulation of dysplastic cells in lung alveoli”。該研究闡明了免疫-上皮互作在介導(dǎo)肺泡異常重塑中的作用，不僅對(duì)調(diào)控異常增生KRT5⁺ 細(xì)胞的命運(yùn)至關(guān)重要，還揭示了“長(zhǎng)新冠”發(fā)生的分子機(jī)制，為理解和治療病毒感染導(dǎo)致的肺組織異常重塑提供了理論依據(jù)和潛在的干預(yù)靶點(diǎn)。

肺臟作為人體呼吸系統(tǒng)的中心器官，其中肺泡是氣體交換的發(fā)生場(chǎng)所，肺泡上皮細(xì)胞主要包括I型肺泡細(xì)胞（AT1）和II型肺泡細(xì)胞（AT2）。當(dāng)肺泡受損時(shí)，遠(yuǎn)端氣道上的支氣管肺泡干細(xì)胞（BASC）、棒狀細(xì)胞（clubcells）、以及肺泡區(qū)域的II型肺泡細(xì)胞都可以作為干細(xì)胞/祖細(xì)胞，介導(dǎo)肺泡的功能性再生。但是，研究發(fā)現(xiàn)病毒感染會(huì)致使一群表達(dá)KRT5的細(xì)胞（KRT5⁺ cell）于肺泡區(qū)域出現(xiàn)異常增生，此現(xiàn)象被稱為肺泡異常重塑（dysplasticalveolarremodeling）。異常增生的KRT5⁺ 細(xì)胞不具備氣體交換功能，并且，其一旦形成，就會(huì)持續(xù)性存在于肺泡區(qū)域，無法轉(zhuǎn)化為正常的肺泡上皮細(xì)胞，反而有部分細(xì)胞會(huì)向簇狀細(xì)胞（tuftcells）、杯狀細(xì)胞（gobletcells）等病理性增生細(xì)胞轉(zhuǎn)化。因此，異常增生細(xì)胞被視作導(dǎo)致新冠肺炎患者肺持久性損傷的原因之一。

流感病毒感染小鼠模型是用于模擬病毒感染引起肺泡異常重塑的最佳模型，已有研究表明，遠(yuǎn)端氣道上SOX2⁺P63⁺KRT5^- 細(xì)胞是異常增生的KRT5⁺ 細(xì)胞的來源。除病毒性炎癥患者外，特發(fā)性肺纖維化（IPF）患者肺部亦能觀察到KRT5⁺ 細(xì)胞異常增生的癥狀，慢性博萊霉素（常見的纖維化損傷模型）損傷小鼠肺部也可以檢測(cè)到異常增生的KRT5⁺ 細(xì)胞。但是與病毒感染不同的是，遠(yuǎn)端氣道上皮SOX2⁺P63⁺KRT5^- 細(xì)胞在博萊霉素?fù)p傷模型中的貢獻(xiàn)率極低，Scgb1a1^Lin+ club cell被視作KRT5⁺ 細(xì)胞的主要來源，并且，博萊霉素?fù)p傷不會(huì)引起大面積的KRT5⁺ 細(xì)胞異常增生。那么，為什么病毒感染會(huì)激活P63^Lin+ 細(xì)胞，誘發(fā)劇烈的肺泡異常重塑？是否在病毒損傷組織中，存在特異性機(jī)制促使KRT5⁺ 細(xì)胞異常增生？如何避免病毒感染引起肺泡異常重塑，促使肺泡功能性再生？

為解決這一科學(xué)問題,研究人員首先對(duì)流感病毒感染模型和博萊霉素?fù)p傷模型進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)病毒感染會(huì)引起劇烈的I型免疫反應(yīng)，招募大量CD8⁺ T細(xì)胞，并且CD8⁺ T細(xì)胞與KRT5⁺ 細(xì)胞共定位，CD8⁺ T細(xì)胞來源的IFN-γ在病毒感染組織中的表達(dá)水平顯著高于博萊霉素?fù)p傷組織。為了驗(yàn)證IFN-γ是否參與介導(dǎo)KRT5⁺ 細(xì)胞異常增生，研究人員構(gòu)造了肺氣道上皮細(xì)胞特異性敲除Ifngr1小鼠（Ifngr1^Sox2-KO），發(fā)現(xiàn)突變體小鼠肺組織中異常增生KRT5⁺ 細(xì)胞面積顯著降低，同時(shí)更多Sox2^Lin+ 細(xì)胞轉(zhuǎn)化為SPC⁺ II型肺泡細(xì)胞。病毒損傷會(huì)引起肺纖維化，損害肺功能，天狼星紅染色結(jié)果表明突變體小鼠肺纖維化損傷得到改善，肺順應(yīng)性檢測(cè)結(jié)果表明突變體小鼠肺功能恢復(fù)得更好。

進(jìn)一步對(duì)病毒感染小鼠肺組織上皮細(xì)胞進(jìn)行單細(xì)胞測(cè)序，研究人員發(fā)現(xiàn)YAP信號(hào)通路相關(guān)基因在KRT5⁺ 細(xì)胞中高表達(dá)。通過免疫熒光染色檢測(cè)Ki67、YAP信號(hào)在損傷后不同時(shí)間點(diǎn)肺組織中的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)KRT5⁺ 細(xì)胞中YAP信號(hào)隨著Ki67表達(dá)水平變化而變化。敲除P63⁺ 細(xì)胞（Yap^Sox2-hKO和Yap^Sox2-KO）YAP信號(hào)可以抑制KRT5⁺ 細(xì)胞異常增生。此外，利用譜系示蹤技術(shù)追蹤敲除YAP的異常增生KRT5⁺ 細(xì)胞的命運(yùn)，發(fā)現(xiàn)突變體小鼠肺組織中有更多Krt5^Lin+ 細(xì)胞轉(zhuǎn)化為SCGB1A1⁺ 棒狀細(xì)胞，而棒狀細(xì)胞可以作為祖細(xì)胞/干細(xì)胞介導(dǎo)肺泡功能性再生。有意思的是，單拷貝YAP缺失就足以調(diào)控KRT5⁺ 細(xì)胞的異常增生和命運(yùn)維持。

最后，研究人員通過檢測(cè)新冠肺炎患者肺組織切片，發(fā)現(xiàn)CD8⁺ T細(xì)胞與KRT5⁺ 細(xì)胞在組織分布上十分密切，并且病人肺部的KRT5⁺ 細(xì)胞同樣表達(dá)YAP信號(hào)。人體II型肺泡細(xì)胞在體外培養(yǎng)時(shí)可以轉(zhuǎn)化為KRT5⁺ 細(xì)胞。通過體外類器官培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)IFN-γ也可以促進(jìn)人體II型肺泡細(xì)胞向KRT5⁺ 細(xì)胞轉(zhuǎn)化。

綜上，該研究利用小鼠遺傳學(xué)模型、類器官培養(yǎng)、單細(xì)胞測(cè)序結(jié)合新冠肺炎患者樣本，證明了病毒感染誘導(dǎo)免疫因子在介導(dǎo)肺泡異常重塑中的作用，為預(yù)防和治療病毒性肺炎患者肺組織中肺泡異常重塑等后遺癥提供了潛在的治療策略和新的藥物靶點(diǎn)。

分子細(xì)胞卓越中心隋鵬飛研究組博士生林秀玉，復(fù)旦大學(xué)附屬兒科醫(yī)院副主任醫(yī)師陳偉呈為該論文共同第一作者。隋鵬飛研究員、中國(guó)科學(xué)院上海免疫與感染研究所劉博研究員為該論文通訊作者。該研究得到了上?？萍即髮W(xué)席瑩教授、上海六院任濤教授、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)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)基金委的支持。

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病毒感染與博萊霉素?fù)p傷肺組織誘導(dǎo)肺泡異常重塑的差異