近日,国际顶尖期刊《自然·遗传学》在线发表了中国科学院生物化学与细胞生物学研究所周斌研究组的科研成果,该研究发现在人体中存在一种参与肺脏再生的
肺多能干细胞——它可以“按需分化”,完成肺脏内部的“跨界维修”。
肺脏是人体的呼吸器官,对于气体交换和抵御病原体入侵至关重要。肺脏一旦受损,人体正常生命活动也将受到影响。肺脏自近端到远端包括气管、支气管、小支气管和肺泡等结构。其中,肺泡是肺部进行气体交换的主要部位,也是肺的功能单位。通过呼吸作用进入肺部的氧气,可以经过肺泡向周围的血管弥散,而血管腔内含氧量低的静脉血就会转变为含氧量高的动脉血,随着血液循环输送到全身各处。同时,人体代谢产生的废气二氧化碳会经由血液扩散到肺泡,通过呼吸作用排出体外。
已有研究表明,在肺组织受到损伤时,多种肺支气管上皮细胞和肺泡上皮细胞会大量增殖、分化,替代补充受损死亡的细胞,以维持肺呼吸功能的正常运行。它们虽功能强大,也仅“专精”于一个领域:不同位置的上皮细胞只负责维持并修复各自区域的上皮层。
近年来,有科学家提出一种新的肺多能干细胞——支气管肺泡干细胞(BASCs),它位于小支气管与肺泡交界处,同时拥有支气管上皮棒状细胞和II型肺泡上皮细胞的分子特征。但这群细胞在体内是否真实存在,以及是否具备分化潜能,一直备受争议。
周斌研究组利用一种新型双同源重组标记技术,在小鼠体内实验,实现了特异性标记和示踪BASCs,在证明BASCs确实存在的同时发现,在正常条件下,BASCs可以实现缓慢自我更新,以维持肺脏功能运转。研究人员还通过一系列实验发现,BASCs在不同损伤模型中具有“跨界”多向分化潜能。当肺支气管受损后,BASCs能增殖、分化为支气管上皮棒状细胞和纤毛细胞;而当肺泡受损后,这群BASCs又能增殖分化为I型和II型肺泡上皮细胞,进而恢复肺功能。
体内肺多能干细胞BASCs的发现以及其分化功能的鉴定将为肺疾病治疗方法、肺脏的损伤修复以及再生医学研究提供新的思路。