2月19日，國際學(xué)術(shù)期刊《自然-遺傳學(xué)》（Nature Genetics）在線發(fā)表了中國科學(xué)院科學(xué)家團(tuán)隊(duì)——生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所周斌研究組、季紅斌研究組以及中科院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院彭廣敦研究組的合作科研成果“Lung regeneration by multipotent stem cells residing at the bronchioalveolar duct junction”。該研究利用雙同源重組系統(tǒng)（Cre-loxP 和Dre-rox）發(fā)現(xiàn)位于支氣管肺泡交界處的肺支氣管肺泡干細(xì)胞具有多種肺上皮細(xì)胞分化的潛能，并結(jié)合多種小鼠損傷模型揭示了這群干細(xì)胞在體內(nèi)具有再生肺臟的能力，為肺臟的修復(fù)和再生研究提供了新的研究方向及理論基礎(chǔ)。
肺作為一個(gè)復(fù)雜的多功能器官，對(duì)人類生存至關(guān)重要。肺臟自近端到遠(yuǎn)端包括氣管、支氣管、小支氣管和肺泡等結(jié)構(gòu)，對(duì)氣體交換和抵御病原體入侵至關(guān)重要。這些不同位置的結(jié)構(gòu)，其上皮細(xì)胞的類型也不同。在小鼠的氣管和大支氣管中，肺上皮細(xì)胞包括纖毛細(xì)胞（ciliated cell）、棒狀細(xì)胞（club cell）、杯狀細(xì)胞（goblet cells）和未分化的基底細(xì)胞（basal cell）。小支氣管上皮細(xì)胞類型包括纖毛細(xì)胞、棒狀細(xì)胞和神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞（neuroendocrine cell）。肺泡上皮細(xì)胞主要包括I型肺泡上皮細(xì)胞（alveolar type 1 cell, AT1 cell）和II型肺泡上皮細(xì)胞（alveolar type 2 cell, AT2 cell）。這些類型的細(xì)胞對(duì)維持肺穩(wěn)態(tài)、功能和促進(jìn)肺損傷修復(fù)非常重要。不同位置的上皮細(xì)胞能維持并修復(fù)各自區(qū)域的上皮層，文獻(xiàn)報(bào)道basal cells，club cells和AT2 cells能分別維持并修復(fù)氣道、支氣管和肺泡處的損傷。有的上皮細(xì)胞具有更強(qiáng)大的分化能力，有研究發(fā)現(xiàn)在流感病毒引起的肺損傷修復(fù)過程中，P63+Krt5+ basal cell能分化為club cell、AT1和AT2 cell。還有研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)去除basal cell后，上皮細(xì)胞club cell能再去分化為basal cell以響應(yīng)肺損傷修復(fù)。除了以上這些干細(xì)胞類型，近年來還有一種新的可能存在的肺干細(xì)胞被提出，它位于小支氣管與肺泡交界處（bronchioalveolar duct junctions, BADJs)，共表達(dá)club cell分子標(biāo)記Secretoglobin1a1 (Scgb1a1 or CC10) 和AT2 cell分子標(biāo)記Surfactant Protein C (Sftpc or SPC)，被稱為支氣管肺泡干細(xì)胞（bronchioalveolar stem cells, BASCs）。以往的研究通過抗體染色、細(xì)胞分選、類器官培養(yǎng)等體外方法研究BASCs的功能，而BASCs缺乏獨(dú)特的分子marker，作為一種新的肺多能干細(xì)胞在體內(nèi)肺損傷修復(fù)中承擔(dān)什么角色一直存在爭(zhēng)論，傳統(tǒng)的譜系示蹤技術(shù)并不支持BASCs的存在以及參與肺修復(fù)再生的功能。
為了解決這一問題，研究人員利用基于Cre-loxP和Dre-rox雙同源重組的報(bào)告基因小鼠R26-RSR-LSL-tdTomato，并結(jié)合能特異性標(biāo)記CC10+細(xì)胞的Scgb1a1-CreER小鼠和特異性標(biāo)記SPC+細(xì)胞的Sftpc-DreER小鼠，通過交配獲得Scgb1a1-CreER;Sftpc-DreER; R26-RSR-LSL-tdTomato（BASCs tracer）三基因型小鼠來特異性標(biāo)記CC10+SPC+ BASCs。通過體內(nèi)驗(yàn)證，證明此策略能特異性地標(biāo)記示蹤BASCs。結(jié)合支氣管損傷（Naphthalene誘導(dǎo)）和肺泡損傷（Bleomycin誘導(dǎo)）兩種模型，研究人員發(fā)現(xiàn)，在支氣管損傷后BASCs能分化為支氣管上皮club cell和ciliated cell，而在肺泡損傷后BASCs又能分化為肺泡上皮AT2和AT1 cell，證明了BASCs的分化多能性。同時(shí)，研究人員構(gòu)建了一種新的基于雙系統(tǒng)并用于克隆分析的新報(bào)告小鼠R26-Confetti2，通過克隆分析在單個(gè)細(xì)胞水平上揭示了BASCs的多向分化潛能。進(jìn)一步，研究人員還通過對(duì)BASC進(jìn)行深度單細(xì)胞RNA測(cè)序分析，鑒定出了新的BASCs特征性分子，揭示了BASC在轉(zhuǎn)錄組圖譜上位于club cell和AT2 cell之間，并發(fā)現(xiàn)BASCs內(nèi)部也具有一定的異質(zhì)性，反映了其向不同潛能分化的干細(xì)胞特征。體內(nèi)肺多能干細(xì)胞BASCs的發(fā)現(xiàn)以及其分化功能的鑒定將為肺疾病治療方法、肺臟的損傷修復(fù)以及再生醫(yī)學(xué)研究提供新的思路。
周斌、季紅斌、彭廣敦為該論文共同通訊作者。周斌組博士后劉巧珍、博士生劉擴(kuò)，景乃禾研究組博士生崔桂忠為該論文共同第一作者。該研究得到生化與細(xì)胞所研究員景乃禾和曾藝、暨南大學(xué)教授蔡冬青和田雪瑩、阜外醫(yī)院教授胡盛壽和聶宇、上海交通大學(xué)教授黃荷鳳和任濤、上海市奉賢區(qū)中心醫(yī)院主任醫(yī)師喬增勇等的大力支持，同時(shí)得到中科院、國家基金委、國家科技部、上海市科委等資助。
圖注：肺多能干細(xì)胞BASCs能夠促進(jìn)肺損傷修復(fù)再生。利用BASCs-tracer可以特異性標(biāo)記并示蹤C(jī)C10+SPC+ BASCs。在支氣管損傷后，BASCs能分化為支氣管上皮club cell、ciliated cell，而在肺泡損傷后BASCs能分化為肺泡上皮AT2和AT1 cell。
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