SPARCL1 助力肺泡发育：解锁肺细胞分化的关键密码

《Stem Cell Reports》：The lung microvasculature promotes alveolar type 2 cell differentiation via secreted SPARCL1

本文发现 SPARCL1 可促进肺泡 2 型（AT2）细胞分化，揭示其在肺发育中的重要作用及潜在应用价值。

　　### 肺泡发育研究背景
在小鼠胚胎发育晚期（E16 - E18），胎儿肺会经历显著的形态发生转变，肺泡上皮祖细胞也会分化为不同的呼吸细胞类型，其中肺泡 2 型（AT2）细胞的分化尤为关键，它对于产生表面活性剂和提供免疫保护、防止出生时呼吸窘迫至关重要。然而，目前对于肺泡祖细胞分化在时空上的调控机制，特别是特定间质信号如何影响肺泡命运，仍不十分清楚。此前虽有研究提出一些模型解释肺泡上皮细胞的分化，但对于间质细胞提供的驱动肺泡细胞分化的分子微环境了解甚少。

SPARCL1 促进 AT2 细胞分化

研究人员为探究肺内皮细胞（ECs）和周细胞对肺泡细胞分化的影响，对 EC 分泌蛋白进行筛选。他们分析了胎儿小鼠多器官 EC 表达数据集，筛选出 6 种候选分泌分子，包括内皮素 1（Edn1）、肝细胞生长因子（Hgf）、磷脂转移蛋白（Pltp）、转钴胺素 2（Tcn2）、分泌蛋白酸性且富含半胱氨酸样蛋白 1（SPARCL1）和 Serglycin（Srgn）。
通过在肺泡类器官中进行重组蛋白筛选实验，研究人员发现，与对照组相比，SPARCL1 处理的类器官中，溶菌酶（Lyz2）基因表达上调，AT2 细胞数量翻倍，且是以中间祖细胞数量减少为代价的。而 FGF7 处理则促进了中间祖细胞的增殖，抑制了细胞分化。进一步实验表明，SPARCL1 促进 AT2 细胞分化的作用具有剂量依赖性，且与 SPARC（Sparcl1 的旁系同源基因编码的蛋白）处理效果不同，证实了其特异性。同时，EdU 掺入实验显示，SPARCL1 增加 AT2 细胞数量并非通过促进细胞增殖实现。

SPARCL1 的细胞来源及表达特征

SPARCL1 是一种分泌性糖蛋白，与细胞外基质（ECM）相关，在多种组织中表达。研究人员通过分析已发表的单细胞 RNA 测序（scRNA - seq）数据集发现，在小鼠胚胎肺发育过程中，E16 时，Sparcl1 在毛细血管 ECs、周细胞和肌成纤维细胞中广泛表达；到 E18，其在构成肺微血管的细胞类型（如毛细血管 ECs 和周细胞）中高度表达；出生后，在肺周细胞中仍维持高表达，而在毛细血管 ECs 和肌成纤维细胞中表达降低。
进一步研究发现，E18 的部分 ECs 在转录上与 E16 和出生后的肺 ECs 不同，Sparcl1 的上调标记了这一过渡性 EC 亚群。免疫染色结果也证实，SPARCL1 与 ECs（EMCN?）和周细胞（CSPG4?）的膜共定位，表明 SPARCL1 是胚胎晚期肺微血管的标志物，其表达具有发育调控性。

SPARCL1 激活 NF-κB 信号通路

为探究 SPARCL1 促进 AT2 细胞分化的分子机制，研究人员对 SPARCL1 处理的类器官进行转录组分析。结果显示，SPARCL1 处理的类器官中，一些功能成熟的 AT2 细胞标记基因（如 Chil1、Lcn2、Scd1 和 Lyz1）显著上调。基因集富集分析表明，细胞对 SPARCL1 的反应与 TNFA 信号通路通过 NF-κB、炎症反应和上皮 - 间质转化相关。
研究人员还发现，SPARCL1 处理后，NF-κB 的靶基因 Nfkbia 和 Nfkbiz 表达增加，这表明 SPARCL1 激活了 NF-κB 介导的炎症信号。为验证 NF-κB 信号激活是否足以刺激 AT2 基因转录，研究人员用细菌脂多糖（LPS）处理肺泡类器官，结果发现 LPS 处理可显著增加 Lyz1、Lyz2 和 Lamp3 等基因的表达，这与 SPARCL1 处理的效果相似。
此外，研究人员通过实验证实，SPARCL1 信号转导依赖于 Toll 样受体 4（TLR4）受体激活和 RELA 核转位及转录活性。用 TAK - 242 抑制 TLR4、JSH - 23 抑制 RELA 核转位或 BI - 605906 抑制 IKKβ，均可阻断 SPARCL1 诱导的 AT2 细胞标记基因的上调。

SPARCL1/NF-κB 靶点与 AT2 细胞成熟

通过对发育中小鼠肺的 scRNA - seq 数据分析，研究人员发现，E16 时肺泡上皮细胞仅微弱表达 SPARCL1 响应基因，从 E18 开始，越来越多的上皮细胞表达这些基因，且主要集中在 AT2 细胞簇中，而 AT1 细胞在相应发育阶段低表达这些基因。这表明 AT2 细胞从 E18 开始表达 NF-κB 靶基因，与血管 SPARCL1 高表达相关，且这种表达在成年小鼠的 AT2 细胞中仍维持，提示 SPARCL1 可能促进 AT2 细胞成熟。
免疫染色显示，在 E17 和 E18，TLR4 在肺中广泛表达且在分化的 AT2 细胞（LAMP3?）膜上富集，与 SPARCL1?细胞膜接近，表明 AT2 细胞能够通过 TLR4 转导激活 NF-κB 的细胞外信号。
进一步实验发现，抑制 NF-κB 信号通路的 JSH - 23 单独处理并不能阻止 AT2 细胞分化，而 LPS 处理则显著增加了 AT2 细胞的比例，这表明 NF-κB 激活对于 AT2 细胞分化是充分但不必要的条件。

研究意义与展望

本研究首次发现 SPARCL1 作为肺微血管分泌的因子，通过激活 NF-κB 信号通路促进 AT2 细胞分化，揭示了肺发育过程中血管细胞与肺泡上皮细胞之间的重要相互作用机制。这一发现对于理解肺发育的分子机制具有重要意义，也为新生儿肺疾病以及慢性肺疾病的研究和治疗提供了新的潜在靶点和思路。例如，对于早产儿 AT2 细胞分化不完全的问题，或许可以通过调节 SPARCL1/NF-κB 信号轴来促进肺泡成熟和再生。未来的研究可以进一步深入探究 SPARCL1 与其他信号通路的交互作用，以及如何精准调控这一信号轴，为相关疾病的治疗开发更有效的策略。