恒达平台左為/郭忠良團隊揭示氣道基底層前體細胞通過再上皮化修復肺臟的機製，成果發表於《自然·通訊》
來源：醫學院
時間：2025-02-11 瀏覽：
近日，恒达平台醫學院左為教授、吉美瑞生超級器官研發中心張婷博士團隊與恒达平台附屬東方醫院呼吸與危重症科郭忠良教授團隊合作，在《自然·通訊》（Nature Communications）雜誌在線發表題為“Cloned airway basal progenitor cells to repair fibrotic lung through re-epithelialization”的研究工作。該工作聚焦氣道基底層來源肺前體細胞（P63陽性細胞）在肺泡區的命運與功能，揭示了克隆的肺前體細胞可通過完成受損肺泡區域的再上皮化（re-epithelialization）來修復肺纖維化損傷，為IPF等重大呼吸系統疾病的幹細胞治療提供了堅實的理論基礎。
特發性肺纖維化（IPF）是一種慢性、進行性、纖維化性間質性肺疾病。IPF患者的肺臟通常表現為肺部上皮組織不可逆損傷與修復障礙，並伴隨肺泡結構的塌陷。相反，受損的肺部結構會被過度增生的成纖維細胞和炎症細胞取代，最終導致肺功能的急劇惡化。近年來，受損上皮組織的修復過程被廣泛認為是IPF治療的關鍵環節。盡管現有的抗纖維化藥物能夠延緩疾病進程，但由於這些藥物無法恢復肺泡區域上皮的完整性，因此難以逆轉肺功能的損傷。因此，全球研究者們正積極探索基於幹細胞的新型再生醫學方法，以實現受損肺組織的功能性修復，進而為IPF患者提供新的治療選擇。然而關於成體肺組織幹細胞/前體細胞（stem/progenitor cell）修復受損肺組織的分子和細胞學機製，特別是患者來源的細胞是否具備修復功能等問題，過去一直存在較大爭議，有待於科學工作者的深入研究。
該研究團隊首先通過小鼠和靈長類動物模型，證實內源性肺前體細胞（P63⁺ KRT5⁺）在纖維化肺損傷後會遷移至肺泡區。為克服患者臨床樣本異質性難題，研究團隊與海爾生物合作開發了自動化細胞培養系統，基於CT影像定位患者肺部健康區域，從3-5級支氣管刷檢樣本中成功分離44例人源氣道基底前體細胞（包括健康供體及IPF、慢性阻塞性肺疾病、支氣管擴張症患者）。通過大規模的Bulk轉錄組測序，團隊揭示了從患者健康區域分離的前體細胞並未表現出先前報道的疾病相關促纖維化和促炎基因，表明這些細胞並非致病性細胞，且相對保持正常功能。
隨後，研究團隊把分離的人源肺前體細胞進行GFP綠色熒光蛋白標記後，移植到博來黴素誘導的肺纖維化模型小鼠的受損肺臟中，探究其時空動態分化特征。在移植8天後，在小鼠肺臟受損的肺泡區域觀察到大面積外源性人源細胞的整合，並且這些定植的細胞呈現出立方體的豆莢樣結構。在移植35天後，定植的細胞發生了顯著的轉變，呈現出扁平的形態，並在肺泡區域形成肺泡樣的氣囊樣（saccular）結構；通過3D重構對定植細胞的空間位置進行解析，研究團隊發現，移植的前體細胞形成的氣囊在結構上與小鼠支氣管相連，形成了功能性新生氣道。上述的結果表明，移植的人源肺前體細胞可以大面積定植在肺臟受損的肺泡區域，有效地使受損的肺泡區域功能性再上皮化（圖1）。
圖1.人源肺前體細胞移植後形成與原氣道相通的氣囊結構
研究團隊對移植35天的“人鼠嵌合肺”進行高分辨率空間轉錄組學和病理學分析，結果顯示這種再上皮化可以顯著減少細胞定植區域附近的纖維化和炎症水平，有效阻擋纖維化進程和免疫浸潤，改善小鼠的血氣交換功能和生存率。進一步通過將移植8天和移植35天的細胞通過流式分選出來進行單細胞轉錄組測序，結果顯示移植的人肺前體細胞在小鼠體內隨時間進程逐漸喪失了P63的表達，進而在氣道區域可以分化形成Club細胞和纖毛細胞，而在肺泡區域分化形成表達CLDN4等緊密連接蛋白的氣囊細胞，重建上皮屏障。肺泡區域內一小部分細胞可以進一步分化為CLIC5+/AQP5+雙陽性細胞，表達緊密連接蛋白CLDN3（圖2）。
圖2.多組學測序揭示人源肺前體細胞在肺泡區域的屏障功能和分化命運
有趣的是，研究團隊還從其他哺乳動物（犬、豬、山羊）和鳥類（鴿子）肺臟中克隆了P63+肺前體細胞。這些多物種來源的前體細胞同樣能夠在小鼠肺內再生氣囊結構，並且與這些物種天然的肺泡結構具有高度相似性。通過這種方式，研究團隊在人類歷史上首次構建了鳥類和哺乳動物的嵌合體。上述研究表明，基於肺前體細胞的肺再上皮化過程可能是四足動物進化過程中的一種保守機製。團隊還發現山羊的肺前體細胞具備異常強大的肺泡再上皮化修復能力，可以完全“治愈”肺纖維化的小鼠。這些數據為異種肺前體細胞移植的研究奠定了堅實的基礎（圖3）。
圖3. 從哺乳動物和鳥類中克隆P63+肺前體細胞用於異種移植
綜上，該研究首次揭示了P63+氣道基底層來源肺前體細胞在肺泡區域內的分化命運和修復功能，移植的前體細胞通過分化為表達緊密連接的氣囊結構，從而重新建立上皮屏障。這種再上皮化能夠作為一種“創可貼”修復手段，促進肺部再生和修復，為結構損傷性重大呼吸系統疾病的幹細胞治療提供了堅實的理論基礎。目前，吉美瑞生團隊正在開展基於P63+肺前體細胞新藥（REGEND001）的全國多中心臨床研究，並已成功完成針對相關適應症的探索, 包括慢性阻塞性肺疾病、支氣管擴張症和IPF。
左為教授、張婷博士、郭忠良教授為論文的共同通訊作者，恒达平台醫學院博士生趙宇、周悅青與張惟番為論文的共同第一作者。該研究獲國家生物藥技術創新中心“揭榜掛帥”項目、國家重點研發計劃“幹細胞研究與器官修復”專項、國家自然科學基金以及吉美瑞生公司資助。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-56501-w
