我國學者發現肺臟支氣管肺泡干細胞具有雙向分化潛能

　　 1月7日，國際學術期刊Cell Discovery在線發表了中國科學院分子細胞科學卓越創新中心（生物化學與細胞生物學研究所）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告系統，利用細胞克隆分析技術揭示了單個支氣管肺泡干細胞（single BASC）在支氣管和肺泡區域都損傷情況下具有同時再生這兩個區域上皮細胞的能力。這一發現為肺臟的再生治療提供了新的理論指導。

　　 作為一個復雜的多功能器官，肺臟對人類的生存至關重要。肺上皮細胞對肺臟穩態的維持及肺損傷后修復再生具有重要作用。肺臟自上端到末端結構主要包括氣管、支氣管、小支氣管和肺泡區域。肺臟呼吸道不同的區域具有不同種類的上皮細胞。氣管和支氣管的上皮細胞主要包括纖毛細胞、棒狀細胞、杯狀細胞和基底細胞等；小支氣管上皮主要包括纖毛細胞、棒狀細胞和神經內分泌細胞；肺泡區域上皮主要由I型肺泡上皮和II型肺泡上皮組成。以往的研究普遍認為不同區域的上皮細胞維持各自區域的穩態。

單個標記的BASC在損傷下具有向支氣管和肺泡區域雙向分化潛能

　　 2005年，Kim研究團隊通過體外驗證，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胞，具有同時表達支氣管上皮棒狀細胞分子標記Scgb1a1（又稱為CC10）和II型肺泡上皮細胞分子標記Sftpc（又稱為SPC）的特點，這群細胞被稱為支氣管肺泡干細胞（bronchioalveolar stem cells, BASCs）（Kim et al., 2005, Cell）。由于Kim團隊的研究缺乏體內的直接證據，周斌研究組利用雙同源重組細胞首次在體內證實了BASCs的存在，并通過命運圖譜分析證實了BASCs在體內具有多能性，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胞和纖毛細胞；而在肺泡區域損傷后能向肺泡方向增殖分化為I型和II型肺泡上皮細胞 (Liu et al., Nature Genetics, 2019)。以上的分析結果是對BASCs細胞群進行的命運圖譜分析，然而單個BASC在支氣管和肺泡同時損傷情況下，是否能展現出更強的增殖分化能力而同時再生支氣管和肺泡兩個區域的上皮細胞呢？

　　 為了解決這個問題，研究人員對傳統的克隆分析工具R26-Confetti進行了改造，改進成了受雙同源重組調控的克隆分析報告系統，稱為R26-Confetti2。當細胞內同時發生Dre-rox和Cre-loxP重組后，這個細胞會隨機表達RFP，YFP，或nGFP基因，此工具可應用于對雙陽性的單細胞進行克隆分析。研究人員首先對Sftpc-DreER；Scgb1a1-CreER；R26-Confetti2三基因型小鼠進行低劑量的Tamoxifen誘導，因為BASC同時表達DreER和CreER，這樣可將單個BASC隨機標記成RFP，YFP，或nGFP。之后依次進行萘（Naphthalene）和博來霉素（Bleomycin）損傷，來依次損傷支氣管上皮和肺泡上皮。等肺臟再生修復后收取肺臟組織進行免疫熒光染色分析。分析結果證明，單個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胞和纖毛細胞，同時也可以向肺泡方向分化再生為I型和II型肺泡上皮細胞。總結來說，在損傷修復中，單個BASC在體內具有雙向分化潛能，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下，由研究生劉擴等完成，并得到了季紅斌研究員的大力支持。同時得到中國科學院、國家基金委、國家科技部、上海市科委等資助。