缺氧誘導氣道干細胞直接分化為神經內分泌細胞

　　缺氧誘導氣道干細胞直接分化為神經內分泌細胞

　　神經內分泌細胞（Neuroendocrine，

　　NE）是具有神經元特征的上皮細胞，包括分泌性小泡產生和感知環境刺激的能力。氣道NE細胞可以分泌血清素和降鈣素基因相關肽（calcitonin gene–related peptide

　　CGRP）。NE細胞增生發生在多種肺部疾病中，包括哮喘、肺動脈高壓、囊性纖維化和慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease COPD）。NE細胞增生的原因和相關機制仍然未知。

　　NE細胞可以單個孤立存在或聚集為神經上皮小體（neuroepithelial bodies NEBs）。在小鼠氣管和主支氣管中發現有孤立型肺NE細胞。而在人中它們分布在整個氣道中。有研究發現，NEB具有多種生理功能功能，包括氧氣感應、機械轉導、調節肺血流量以及調控炎癥反應。而孤立NE細胞功能還不清楚。

　　近日，來自哈佛大學Jayaraj Rajagopal

　　團隊在Science上發表題為Airway stem cells sense hypoxia and differentiate into protective solitary neuroendocrine cells的文章。該研究發現缺氧時氣道干細胞可以直接分化為具有保護功能的孤立神經內分泌細胞。

　　有報道發現小孩出生后，氣道上皮首先暴露于環境氧氣中，NE細胞數量出現下降。缺氧則會延遲氣道上皮中NE細胞正常的產后下降，但其機制尚不清楚。于是作者首先用Ascl1-CreERT2::Rosa26-tdTomato小鼠標記NE細胞進行缺氧條件下的探索，發現在缺氧狀態下NE數量明顯增加，但不是原有NE細胞增殖而來。作者利用p63-CreER::R26R-tdTomato標記基底干細胞表明了在缺氧誘導的NE細胞直接由基底干細胞分化而來，可占新增加的76%。同時也發現有約4-8%新增加的NE細胞來自于非基底干細胞。

　　接下來作者開始探索基底干細胞分化為NE的分子機制。在基底干細胞中敲除了HIF的抑制分子PFD，發現NE細胞數量明顯增加。而用HIF穩定劑或者PHD抑制劑都能夠得到一致的結果。這說明在基底干細胞中存在氧氣感應機制，可以誘導基底干細胞向NE細胞直接分化。進一步分析發現在基底干細胞氧氣感應系統中分化過程是HIF1a依賴的，HIF2a則產生抑制作用。作者利用人氣道也驗證了HIF穩定劑能夠增加NE細胞數量。當出現缺氧情況時，上皮細胞會凋亡，干細胞代償性增生。

　　接下來作者分析了缺氧誘導而來的NE細胞對組織是否具有保護作用。在特異性刪除了氣道特異NE細胞后，發現在常氧情況下刪除NE細胞對細胞凋亡增殖無明顯影響；但是在缺氧時，與對照組相比，上皮凋亡明顯上升，增殖水平下降。作者發現在缺氧時NE來源的CGRP明顯增加，并且CGRP作用于鄰近的上皮細胞產生組織保護作用。使用CGRP受體抑制劑會明顯抑制細胞增殖。在NE細胞刪除的小鼠中給與CGRP處理則會恢復上皮細胞增殖和抑制細胞凋亡。

　　本研究發現氣道基底干細胞具有氧氣感應機制，缺氧時可以觸發干細胞向孤立NE細胞直接分化。缺氧誘導的NE細胞產生的CGRP這種保護肽，可以保護肺部上皮細胞，抑制凋亡促進增殖，減少肺部損傷。其他器官的干細胞在缺氧或者損傷情況下是否也能夠產生特異性保護行為則有待探索。

　　Science同期發布了一篇有關這個研究的觀點性文章，作者是 Cincinnati大學的

　　William Zacharias。他指出這項研究增加了我們對氣道長期缺氧時細胞的理解，層次更加豐富。基底干細胞中的PHD-HIF氧氣感應系統導致NE細胞擴增，并分泌CGRP，作用于上皮細胞的受體促進組織增生。而NE增生存在于多種慢性缺氧性疾病，尤其是纖維化。而NE細胞擴增在疾病中的發生機制還有待探索。