2月18日，國際學(xué)術(shù)期刊Nature Genetics在線發(fā)表了中國科學(xué)院生物化學(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國科學(xué)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)。

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南模生物為該研究構(gòu)建了R26-RSR-LSL-tdTomato 小鼠模型。

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2005年，Kim等人第一次利用流式細(xì)胞儀從大鼠細(xì)支氣管和肺泡管結(jié)合部（the bronchioalveolar duct junction, BADJ）分離出一群CD45⁺/Pecam^-/Sca-1⁺/CD34⁺細(xì)胞，其在正常情況下處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)體內(nèi)支氣管和肺泡損傷時(shí)發(fā)生增殖，能夠分化為其他類型的肺上皮細(xì)胞，表現(xiàn)出明顯的自我更新特性，Kim將其命名為支氣管肺泡干細(xì)胞（bronchoalveolar stem cells, BASCs）。

圖1.?BASC在肺部的位置。

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支氣管肺泡干細(xì)胞（BASC）產(chǎn)生細(xì)支氣管上皮細(xì)胞（BSC或Clara細(xì)胞）和肺泡上皮細(xì)胞（ASC或AT2細(xì)胞），參與組織更新。 BASCs的特點(diǎn)是它們位于細(xì)支氣管-肺泡管連接處的特定位置，以及表達(dá)Clara細(xì)胞特異性標(biāo)記物（CC10，也稱為SCGB1A1或CCSP）和AT2細(xì)胞特異性標(biāo)記物（SP-C）（下圖a）。 BSC產(chǎn)生BSC、Clara細(xì)胞、杯狀細(xì)胞和纖毛細(xì)胞，而AT2細(xì)胞產(chǎn)生AT2和AT1細(xì)胞。

圖2. 不同肺上皮細(xì)胞。(a) 支氣管肺泡干細(xì)胞（BASC）特點(diǎn)。(b) BASCs，BSC和AT2細(xì)胞被認(rèn)為是肺腺瘤/腺癌起源細(xì)胞。（圖片來自O(shè)ncogene. 2016 Feb 18;35(7):827-3）

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以往的研究指出BASCs可能是肺腺瘤/腺癌的起源之一。不過BASCs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。

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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（CC10-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。

圖3.?BASC-Tracer小鼠的遺傳譜系追蹤策略。

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通過體內(nèi)驗(yàn)證，證明此策略能特異性地標(biāo)記示蹤BASCs。

圖4. 雙重組酶系統(tǒng)的CC10⁺SPC⁺BASCs的遺傳譜系示蹤，證明此策略能特異性地標(biāo)記示蹤BASCs。

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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纖毛細(xì)胞（ciliated cell）和棒狀細(xì)胞（club cell），而在肺泡損傷后BASCs又能分化為肺泡上皮AT2和AT1 細(xì)胞，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。

圖5.?BASCs作為肺多能上皮干細(xì)胞，參與肺修復(fù)和再生。 利用BASC-Tracer小鼠標(biāo)記BASCs（左）。 這些標(biāo)記的BASCs（紅色）在肺內(nèi)穩(wěn)態(tài)期間經(jīng)歷緩慢的自我更新（右上）; 能響應(yīng)細(xì)支氣管損傷，并在末端細(xì)支氣管中產(chǎn)生新的細(xì)胞和纖毛細(xì)胞（右中）; 并且在肺泡損傷中擴(kuò)展延伸并分化成AT1和AT2細(xì)胞（右下）。

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進(jìn)一步，研究人員還通過對BASC進(jìn)行深度單細(xì)胞RNA測序分析，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。

（部分結(jié)果描述摘自中國科學(xué)院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所官網(wǎng)http://www.sibcb.ac.cn/cpRecentRes-2.asp?id=4667）

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參考文獻(xiàn)

Kim CF, Jackson EL, et?al.?Identification of bronchioalveolar stem cells in normal lung and lung cancer. Cell. 2005 Jun 17; 121(6):823-35.

Lee YS, Bae SC. How do K-RAS-activated cells evade cellular defense mechanisms? Oncogene. 2016 Feb 18;35(7):827-32.

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