科学家发现肺部自带“修复开关”

“我们惊讶地发现，这些特化细胞无法同时完成两项工作，”该研究的资深作者道格拉斯·布朗菲尔德博士（其研究发表于《自然·通讯》）表示，“有些细胞致力于重建，而另一些则专注于防御。这种分工至关重要。通过揭示控制这一分工的开关，我们可以开始思考在疾病中平衡被打破时如何恢复平衡。”

理解肺细胞如何修复与保护
该研究聚焦于肺泡2型（AT2）细胞，这类细胞的独特之处在于它们既能保护肺部，又能充当储备干细胞。AT2细胞会产生使微小气囊保持开放以维持呼吸的蛋白质，同时还能再生肺泡1型（AT1）细胞——这种薄而扁平的细胞排列在肺表面，负责氧气交换。
科学家们早就知道，在肺纤维化、慢性阻塞性肺疾病（COPD）以及像新冠病毒感染这样的严重病毒感染等疾病中，AT2细胞往往难以正常再生。但长期以来，这些细胞如何以及为何失去再生能力一直不明确。
绘制肺细胞的生命周期
梅奥诊所的研究团队利用单细胞测序、先进成像技术以及肺损伤的临床前模型，追踪了AT2细胞的“生命历程”。他们发现，新生的AT2细胞在出生后约1至2周内仍保持灵活性，之后便会永久确立其特化身份。
这一关键转变由一个涉及三个关键调控因子——PRC2、C/EBPα和DLK1的分子回路控制。其中，C/EBPα就像一个“夹子”，阻止细胞表现出干细胞的特性。成年AT2细胞在损伤后要进行再生，就必须松开这个“夹子”。
为何感染会减缓肺恢复
同一个分子开关还决定AT2细胞是修复受损组织还是对抗感染。这种双重作用有助于解释为何感染会减缓或阻碍慢性肺部疾病的恢复。
“当我们考虑肺修复时，不仅仅是要‘开启’某些机制——而是要移除那些通常阻止这些细胞像干细胞一样发挥作用的‘夹子’，”布朗菲尔德博士说，“我们发现了其中一个‘夹子’，以及它如何调控这些细胞的修复能力。”
预防器官衰竭
这些发现为再生医学开辟了新的可能性。例如，能够微调C/EBPα活性的药物，可能帮助AT2细胞更有效地重建肺组织，或减少肺纤维化等疾病中的瘢痕形成。
“这项研究使我们离增强肺部自然修复机制更近了一步，为预防或逆转那些目前只能减缓进展的疾病带来了希望，”布朗菲尔德博士表示。
该研究还可能帮助医生通过检测AT2细胞是否被困在某种状态而无法再生，来识别疾病的早期迹象。这些见解有望催生新的生物标志物，用于在肺部疾病最早期、最可治疗的阶段对其进行检测。
将发现与梅奥诊所的再生计划相结合
这项研究与梅奥诊所的Precure计划相契合，该计划致力于在疾病早期（此时治疗能产生最大影响）识别疾病，并在器官衰竭发生前阻止其进展。
它还推进了Genesis计划，该计划旨在通过再生医学预防器官衰竭并恢复器官功能。基于这些发现，研究团队目前正在测试如何在人类AT2细胞中松开这个抑制性“夹子”，在实验室中培养这些细胞，并探索它们在未来细胞疗法中的潜力。