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來源：BioArtMED
由COVID-19或慢性肺部疾病引起的遠(yuǎn)端肺上皮的急性損傷已經(jīng)造成了全球許多人的死亡，如果能夠?qū)崿F(xiàn)用多能干細(xì)胞（PSC）重建遠(yuǎn)端肺上皮，將會有希望治療肺損傷。從小鼠胎肺芽遠(yuǎn)端分離的原代細(xì)胞（tip-like細(xì)胞）可以被移植到肺泡中【1】，但是對于人類來說，由于自體胚胎tip-like細(xì)胞很難獲得，因此該方法難以應(yīng)用，而PSC產(chǎn)生的細(xì)胞或許可以解決細(xì)胞來源的問題。
近日，來自美國波士頓大學(xué)的Darrell N. Kotton研究團(tuán)隊(duì)在Cell Stem Cell上發(fā)表題為Durable alveolar engraftment of PSC-derived lung epithelial cells into immunocompetent mice的文章，開發(fā)了一套方法可以直接將小鼠胚胎干細(xì)胞（ESC）分化成tip-like肺上皮祖細(xì)胞，移植到受體小鼠體內(nèi)后可以產(chǎn)生與原代細(xì)胞移植后相似的AT1和AT2類似細(xì)胞，可以持續(xù)至少6個月，并且在轉(zhuǎn)錄水平和功能水平上都與內(nèi)源細(xì)胞類似。
為了獲得用于移植的PSC來源的tip-like細(xì)胞，他們用前腸內(nèi)胚層特化成早期Nkx2-1+原始肺祖細(xì)胞來模擬肺發(fā)育，這些細(xì)胞之后會產(chǎn)生tip-like細(xì)胞，是支氣管和肺泡上皮的前體細(xì)胞。由于所有肺上皮細(xì)胞都會表達(dá)Nkx2-1，他們用內(nèi)源標(biāo)記的Nkx2-1mCherry小鼠胚胎干細(xì)胞（ESC）細(xì)胞系來追蹤、定量和純化ESC產(chǎn)生的肺上皮細(xì)胞。他們用WNT3A和BMP4來刺激ESC來源的前腸細(xì)胞誘導(dǎo)Nkx2-1表達(dá)，并先后用維甲酸（RA）和rmFGF10來增加Nkx2-1mCherry+上皮細(xì)胞比例，并將該方法命名為WBRF protocol。他們將這種方法產(chǎn)生的上皮細(xì)胞進(jìn)行了單細(xì)胞RNA測序，分析結(jié)果顯示這種方法可以有效產(chǎn)生早期NKX2-1+肺上皮祖細(xì)胞，并具有分化成氣道或肺泡命運(yùn)的能力。
然后他們將這些細(xì)胞分化成tip-like細(xì)胞，并對原代和RSC來源的細(xì)胞進(jìn)行了單細(xì)胞RNA測序，驗(yàn)證了相似的tip細(xì)胞標(biāo)志物表達(dá)模式，分析結(jié)果顯示ESC來源的tip-like細(xì)胞具有與原代tip-like細(xì)胞類似的轉(zhuǎn)錄程序，并可以在多代的細(xì)胞培養(yǎng)擴(kuò)增過程中維持其祖細(xì)胞特征。
接下來他們將ESC來源的tip-like細(xì)胞移植到免疫缺陷小鼠中，發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞在移植后可以持續(xù)產(chǎn)生AT2和AT1類似細(xì)胞。并且他們對受體小鼠的肺部進(jìn)行了單細(xì)胞RNA測序，分析結(jié)果也證明了供體來源的細(xì)胞表達(dá)許多肺泡上皮細(xì)胞功能所必需的基因，但可能需要進(jìn)一步活化來完全成熟并響應(yīng)肺部的非無菌環(huán)境。為了進(jìn)一步無偏好定量分析這些供體來源的細(xì)胞與內(nèi)源肺泡譜系細(xì)胞在轉(zhuǎn)錄組水平上的關(guān)系，他們開發(fā)了一套算法，single-cell type order parameters (scTOP)，證明了它們之間是高度相似的，并具有肺泡細(xì)胞狀態(tài)。進(jìn)一步他們通過功能實(shí)驗(yàn)證明了供體來源的AT2類似細(xì)胞與內(nèi)源的AT2細(xì)胞在功能上是相似的。
PSC來源的肺上皮細(xì)胞移植
總的來說，這項(xiàng)研究實(shí)現(xiàn)了將小鼠胚胎干細(xì)胞分化成可用于移植的肺上皮祖細(xì)胞，移植后可持續(xù)性產(chǎn)生有功能的肺泡上皮細(xì)胞，為未來利用PSC來源的細(xì)胞進(jìn)行細(xì)胞移植治療肺部相關(guān)疾病提供了基礎(chǔ)。
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.stem.2023.07.016