Cell Stem Cell：新研究揭示气道基底干细胞自我更新和分化机制，有助开发肺部再生新策略
2020-08-18 DAVID K 细胞
在一项新的研究中，来自美国加州大学洛杉矶分校的研究人员确定了让肺部气道中的干细胞在肺部组织受伤后在两个不同的阶段---通过自我更新产生更多的干细胞和通过分化产生成熟的气道细胞---之间切换从而再生。
在一项新的研究中，来自美国加州大学洛杉矶分校的研究人员确定了让肺部气道中的干细胞在肺部组织受伤后在两个不同的阶段---通过自我更新产生更多的干细胞和通过分化产生成熟的气道细胞---之间切换从而再生这种组织的过程。他们还揭示了衰老如何导致肺部再生出现问题，从而导致肺癌和其他疾病。相关研究结果近期发表在Cell Stem Cell期刊上，论文标题为“Distinct Spatiotemporally Dynamic Wnt-Secreting Niches Regulate Proximal Airway Regeneration and Aging”。
论文共同通讯作者、加州大学洛杉矶分校儿童发现与创新研究所儿科血液肿瘤学研究副主任Brigitte Gomperts博士说，“目前靶向肺部疾病生物学特性的疗法很少。这些发现将为我们开发改善气道健康的靶向疗法提供参考。”
气道将从鼻子和嘴里吸入的空气输送到肺部，是人体抵御可导致疾病的空气悬浮微粒（如病菌和污染物）的第一道防线。
两种类型的气道细胞在这一过程中起着至关重要的作用：粘液细胞（mucus cell），它们分泌粘液来捕获有害颗粒；纤毛细胞，它们利用它们的手指状突起将被粘液吞噬的颗粒清扫到喉咙后面，在那里它们可被清除出肺部。
人们每天吸入的传染性或有毒颗粒可能会伤害气道，当这种情况发生时，气道基底干细胞（airway basal stem cell）---它们能够自我更新，并产生粘液细胞和纤毛细胞，使受损的气道得到修复---就会激活以修复损伤。
为了保持每种细胞类型的适当平衡，气道基底干细胞必须从产生更多自身的增殖阶段过渡到产生成熟气道细胞的分化阶段。
Gomperts，“这些干细胞必须保持非常微妙的平衡。它们必须产生适量的粘液细胞和纤毛细胞，以防止有害颗粒进入肺部，但它们也必须自我复制，以确保有足够的干细胞来应对下一次损伤。”
在这项新的研究中，这些研究人员对肺部受伤的小鼠进行了检查，以分析在干细胞微环境（niche）---气道基底干细胞周围的支持性环境---中发现的不同类型的细胞如何共同协调修复反应。
这些研究人员发现，一组构成Wnt/β-catenin信号通路的分子在活化后刺激气道基底干细胞对损伤作出反应。他们吃惊地发现一种细胞类型产生这组分子以启动增殖，另一种细胞类型产生这组分子以启动分化。
在修复的增殖阶段，一种叫做成纤维细胞的结缔组织细胞会分泌Wnt分子，它向气道基底干细胞发出信号，表明是时候进行自我更新了。在修复的分化阶段，由构成组织和器官内膜的上皮细胞分泌Wnt分子，向这些干细胞发出信号，表明是时候产生成熟的气道细胞了。
了解再生在健康的肺部中如何发生是了解当这一过程出现问题时疾病如何产生的关键第一步。为了深入了解这个过程和激活它的细胞在疾病中可能扮演什么角色，这些研究人员研究了它在老年小鼠中的活跃性。
论文第一作者、加州大学洛杉矶分校医学生Cody Aros说，“我们吃惊地发现在衰老的气道中，Wnt/beta-catenin信号通路在这些干细胞中是活跃的，即便在没有损伤的情形下，也是如此，相反之下，在年轻的气道中，它只有在必要时才会被激活。当这个通路活跃时，它会刺激这些干细胞产生更多的自身和更多的气道细胞---即便在不需要时。”
Gomperts实验室之前的研究已确定了更活跃的Wnt/β-catenin通路与肺癌之间的联系。Gomperts说，“细胞分裂越多，就越有可能发生校对错误或突变并导致癌症。”
这篇新的论文建立在之前的这项研究的基础上，不仅确定了是什么出现差错，而且还准确地确定了本来健康的人在衰老过程中可能出现差错的时间。
Aros说，“这些发现让我们深入了解哪些细胞类型是重要的，哪些通路是重要的，以及什么时候我们可能要考虑用疗法进行干预以防止癌症的形成。”
原始出处：
Cody J Aros, Preethi Vijayaraj, Carla J Pantoja, et al.Distinct Spatiotemporally Dynamic Wnt-Secreting Niches Regulate Proximal Airway Regeneration and Aging.Cell Stem Cell. 2020 Jul 20;S1934-5909(20)30286-1. doi: 10.1016/j.stem.2020.06.019.
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