南模生物助力肺泡干细胞在肺修复和再生中的来源追踪研究

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　　肺上皮干细胞在肺脏再生修复中发挥重要作用，是肺脏再生和肺疾病领域的研究热点。然而由于肺干细胞研究领域内广泛使用的传统谱系示踪技术存在非特异性标记的缺陷，导致这些重大发现一直存在科学争议，因此亟需构建谱系示踪新技术对这些科学争议进行阐明。

　　2024 年 4 月 4 日，来自中国科学院大学杭州高等研究院生命科学学院/浙江省系统健康科学重点实验室、中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所和上海科技大学的周斌教授团队在 Cell 发表题为Tracing the origin of alveolar stem cells in lung repair and regeneration的研究论文。该研究通过谱系示踪技术和单细胞 RNA 测序追踪了肺泡干细胞在修复和再生过程中的起源。

　　南模生物为该研究定制了R26-RL-NICD-GFP、Sftpc-mGFP-DTR基因修饰小鼠模型。

　　图1 肺脏损伤后AT2细胞的再生起源

　　该研究介绍了一种双重重组酶介导的交叉遗传谱系追踪方法，并对肺修复和再生过程中AT2细胞的细胞起源进行了全面的研究。

　　研究发现，基于Hopx基因或Ager基因的传统单同源重组酶驱动的谱系示踪技术具有非特异性标记问题。研究人员进一步通过交叉标记策略构建了双同源重组遗传工具：Hopx-2A-DreER/Ager-CreER/R26-RSR-LSL-tdT小鼠模型，结合Hopx-2A-DreER/Sox2-CreER/Sftpc-CreER/R26-NR2小鼠模型，揭示了在肺部损伤后AT1细胞不会转分化为AT2细胞。

　　图2 AT1细胞不参与AT2细胞转化

　　由于Scgb1a1-CreER也具有非特异性标记问题，研究人员构建了另一种双同源重组谱系示踪策略，即Scgb1a1-CreER/Sftpc-DreER/R26-TLR小鼠模型，实现对club细胞、BASCs和AT2细胞这三种细胞群同时特异性遗传标记，分别命名为Club-tracer、AT2-tracer和BASC-tracer。结合博来霉素损伤模型，研究人员发现肺部损伤后club细胞和BASCs会大量分化为肺泡上皮进而促进肺泡再生。

　　为进一步挖掘club细胞对肺泡上皮修复的潜力，研究人员设计了一种新的双同源重组系统策略，即Sftpc-DreER/R26-rox-p21-GFP/Scgb1a1-CreER/R26-LZL-tdT小鼠模型。收取其损伤4周后的肺脏进行分析发现，当AT2细胞和BASCs修复能力被抑制时，club细胞则成为肺泡干细胞再生的主要来源。

　　为了进一步了解club细胞及BASCs对肺泡再生的动态贡献，研究人员接下来分选了Club-tracer、BASC-tracer和AT2-tracer标记细胞进行单细胞转录组测序分析。数据表明，club细胞和BASC向AT2细胞的转化涉及两个不同的过程，具有不同的分化程序。BASC-tracer中的AT2细胞在基因表达上更接近于AT2-tracer中的AT2细胞。

　　图3 Club 细胞和 BASC 转化为肺泡上皮的异质性

　　由于Hes1的基因表达水平在AT2细胞分化过程中下调，研究人员对比了Scgb1a1-CreER/Sftpc-DreER/R26-TLR/Rbpj-Flox 工具小鼠（实验组）和Scgb1a1-CreER/Sftpc-DreER/R26-TLR/Rbpj-Flox工具小鼠（对照组）中源于club细胞及BASCs细胞转化的AT2细胞比例。结果表明Notch信号通路在调节club细胞和basc向AT2细胞的转化中起着重要的作用。

　　为了特异性激活BASCs中的Notch，研究者们利用Scgb1a1-CreER、Sftpc-DreER、R26-RL-NICD-GFP小鼠，在BASCs中特异性诱导Notch信号激活，并用GFP对它们进行遗传标记。结合博来霉素损伤模型，研究人员发现，激活Notch通路会显著抑制BASCs向AT2细胞转分化。

　　图4 Notch信号调节Club细胞和BASCs向AT2细胞的转化

　　综上，终末分化的 AT1 细胞在肺损伤和修复后对 AT2 细胞没有贡献，club细胞可作为AT2细胞的再生起源，并且首次在功能层面上揭示club细胞与BASCs属于两种不同细胞类型，不仅具有不同基因表达特点，且在向AT2细胞分化过程中受Notch通路相反的调控。

　　这项研究为肺细胞可塑性研究提供了更精确的遗传谱系追踪证据，也为肺再生和潜在的疾病治疗提供了新的见解。

来源：南模生物官微

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