编辑推荐：
特发性肺纤维化（IPF）患者的肺上皮受损严重且缺乏有效修复手段。研究人员开展了气道基底祖细胞对肺纤维化修复作用的研究。结果发现该细胞可改善纤维化病变，为肺疾病治疗提供新策略。这一成果为肺纤维化治疗带来了新希望。
肺，作为人体与外界气体交换的关键器官，对维持生命活动至关重要。然而，特发性肺纤维化（IPF）这一严重的呼吸系统疾病，却如同隐藏在肺部的 “杀手”，无情地侵蚀着患者的健康。IPF 患者的肺上皮会遭受不可逆的损伤，导致肺泡结构塌陷，气体交换功能急剧下降，患者往往在确诊后的 3 - 5 年内就面临死亡威胁，目前尚无有效的肺修复方法。传统的抗纤维化药物，如吡非尼酮（Pirfenidone）或尼达尼布（Nintedanib），主要针对成纤维细胞，却难以挽救受损的肺上皮修复过程。在这样的困境下，探寻新的治疗策略迫在眉睫。
为了攻克这一难题，来自同济大学医学院附属上海东方医院再生医学研究所、同济大学干细胞中心等机构的研究人员勇挑重担，开展了一项极具意义的研究。他们将目光聚焦于气道基底祖细胞，试图揭开其在肺纤维化修复中的神秘面纱。研究结果令人振奋，该研究不仅揭示了气道基底祖细胞在纤维化肺中的命运，还为缺乏固有恢复机制的肺部疾病提供了潜在的治疗策略，相关成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员在开展研究时，运用了多种关键技术方法。在细胞研究方面，他们从不同物种获取样本，包括人类、小鼠、猴子、山羊、犬、猪和鸽子等。通过支气管镜刷检等方式采集样本后，利用特定的细胞解离和培养技术，成功克隆出气道基底祖细胞。为深入探究细胞特性，采用了单细胞转录组分析和高分辨率空间转录组分析技术，这两种技术就像是细胞的 “解码器”，能够精准解读细胞在不同阶段的基因表达变化。同时，借助细胞移植实验，将标记后的细胞移植到受损动物模型的肺部，观察其在体内的行为和作用。
下面让我们详细了解一下研究结果。
- 气道基底祖细胞在受损肺中的激活：研究人员首先在小鼠和非人灵长类动物模型中展开研究。在小鼠肺部，使用博来霉素诱导损伤后，观察到肺泡区域持续存在 Krt5+细胞。通过 Krt5CreERT2-Gt(ROSA)26Sortm4(ACTB-tdTomato-EGFP)小鼠模型进行谱系追踪发现，部分气道基底祖细胞在纤维化肺损伤后会被激活并进入肺泡区域。在猕猴肺纤维化模型中，同样观察到气道基底祖细胞在肺泡区域的扩张，且从受损猴肺中分离出的 P63+KRT5+祖细胞克隆数量明显增加。这一系列实验表明，在小鼠和灵长类动物中，肺损伤后气道中的内源性气道基底祖细胞可被激活并迁移至肺泡区域。
- 人气道基底祖细胞的克隆与分析：研究人员从健康供体和多种肺部疾病患者的相对健康肺组织区域克隆气道基底祖细胞，共涉及 44 名供体。为减少疾病对细胞的影响，他们精心选择采样部位，并开发了自动化细胞克隆系统，提高实验效率和细胞培养质量。通过转录组分析发现，健康供体和患者来源的细胞在转录组水平上总体差异不显著，但存在一定异质性。此外，患者的 P63 表达水平与第 1 秒用力呼气量（FEV1）呈显著负相关，这意味着气道的阻塞或炎症可能会影响气道基底祖细胞中 P63 基因的表达。
- 移植细胞形成囊状结构：为了研究人气道基底祖细胞在肺泡区域的行为，研究人员将 GFP 标记的人气道基底祖细胞移植到免疫缺陷小鼠的受损肺部。移植后，细胞在肺泡区域大量定植，8 天时形成类似 “豆荚” 的结构，35 天时转变为扁平的 “囊泡” 结构。这些囊状结构与小鼠支气管相连，形成新的呼吸道，其大小和结构与人类和小鼠的肺泡有所不同。空间转录组分析显示，囊泡区域高表达紧密连接基因 CLDN4 等，表明其可能在维持上皮屏障功能中发挥重要作用。
- 移植后气道基底祖细胞的屏障功能分析：进一步研究发现，移植人气道基底祖细胞可有效使小鼠肺泡区域重新上皮化，减少纤维化区域，改善肺部炎症。体外实验表明，气道基底祖细胞形成的上皮屏障具有强大的功能，能够有效阻止成纤维细胞的侵袭。体内实验中，接受细胞移植的小鼠动脉血氧分压与二氧化碳分压比值显著提高，生存曲线也明显改善，这充分证明了气道基底祖细胞移植对受损肺功能的改善作用。
- 移植人气道基底祖细胞的命运图谱：通过单细胞转录组分析，研究人员深入了解了移植后人气道基底祖细胞的命运。在不同时间点对移植细胞进行分析发现，细胞会逐渐失去 P63 和 KRT5 基因表达，产生表达紧密连接蛋白的 CLDN4+细胞，部分细胞还可进一步分化为表达更多紧密连接标记的 AQP5+/CLIC5+囊状细胞，但不会分化为成熟的肺泡细胞。这一结果揭示了人气道基底祖细胞在肺内的分化路径和命运走向。
- 其他哺乳动物和鸟类气道基底祖细胞的克隆与移植：为探究肺再上皮化机制的进化保守性，研究人员克隆了多种哺乳动物和鸟类的 P63+气道基底祖细胞，并将其移植到小鼠受损肺部。结果显示，不同物种的细胞在小鼠肺部均能形成类似囊状的结构，且山羊克隆细胞的移植效果尤为显著，可显著改善小鼠肺部的炎症和纤维化，几乎使肺功能完全恢复。这表明基于 P63+祖细胞的再上皮化过程在四足动物进化过程中可能是一种保守机制。
- 人气道基底祖细胞的安全性评估：鉴于人气道基底祖细胞在肺修复中的潜在应用价值，研究人员对其进行了安全性评估。通过长期毒性、致瘤性和致敏性实验发现，移植患者来源的气道基底祖细胞不会导致小鼠肺部或其他器官出现明显的有害变化，这为其临床应用提供了重要的安全保障。
综合上述研究结果，研究人员证实了气道基底祖细胞在肺纤维化修复中的重要作用。这些细胞可通过再上皮化过程控制炎症和纤维化的进展，改善肺功能，尽管不能实现真正的肺再生，但能为肺损伤的恢复提供有效的支持。同时，研究还发现不同物种的气道基底祖细胞在肺修复中具有相似的机制，这为未来的异种移植治疗提供了理论依据。不过，目前研究仍存在一些局限性，如缺乏患者详细的病史和用药信息，未来需要更大样本量和更全面的临床信息进行深入研究。总体而言，这项研究为肺部疾病的治疗开辟了新的方向，有望为众多肺纤维化患者带来新的希望。
