【摘要】：成年2型肺泡上皮(Alveolar type 2,AT2)細(xì)胞是肺泡上皮的干細(xì)胞/祖細(xì)胞,在肺損傷后具有自我更新和分化為肺泡1型(Alveolar type 1,AT1)上皮細(xì)胞的能力。一般生理?xiàng)l件下,肺組織發(fā)生急性損傷后,肺泡能夠快速修復(fù)并再生出新的肺泡上皮細(xì)胞,以恢復(fù)完整的上皮屏障。隨著年齡的增長(zhǎng),這種肺組織屏障的保護(hù)功能逐漸減弱,導(dǎo)致慢性肺疾病的發(fā)展。然而,衰老在生理狀態(tài)和損傷后組織修復(fù)期間對(duì)肺泡干細(xì)胞(AT2細(xì)胞)再生的影響尚未得到更多的證據(jù)。在這里,我們利用博來(lái)霉素肺損傷模型,探究衰老對(duì)AT2再生能力的影響,并對(duì)AT2細(xì)胞進(jìn)行單細(xì)胞RNA測(cè)序(Single cell RNA sequencing,scRNA-seq)分析,旨在探究生理?xiàng)l件及損傷條件下衰老對(duì)AT2干細(xì)胞的差異性基因表達(dá)的影響,為后續(xù)研究衰老對(duì)AT2再生影響的機(jī)制提供思路。在本研究中,首先利用博來(lái)霉素對(duì)3個(gè)月和12個(gè)月小鼠制造肺損傷,有趣的是,我們發(fā)現(xiàn)12個(gè)月小鼠已經(jīng)處于早期衰老年齡,此時(shí)肺損傷后修復(fù)能力已經(jīng)開始下降。通過觀察12個(gè)月小鼠和3個(gè)月小鼠肺損傷程度的差異,發(fā)現(xiàn)兩組小鼠在早期肺損傷程度差異并不明顯,但損傷后期3個(gè)月小鼠肺損傷能夠完全恢復(fù),12個(gè)月小鼠則恢復(fù)較慢,甚至不能完全恢復(fù)。通過AT2細(xì)胞再生的研究發(fā)現(xiàn),12個(gè)月小鼠AT2細(xì)胞再生已經(jīng)出現(xiàn)障礙,主要表現(xiàn)為衰老導(dǎo)致的細(xì)胞分化受損。為了進(jìn)一步分析在12個(gè)月和3個(gè)月小鼠肺損傷后修復(fù)過程中AT2細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組水平的差異,我們利用單細(xì)胞RNA測(cè)序分析正常生理?xiàng)l件下和博來(lái)霉素肺損傷條件下的AT2細(xì)胞分群及基因表達(dá)的差異。首先發(fā)現(xiàn)對(duì)照組和損傷組AT2細(xì)胞分群明顯,說明損傷前后的AT2細(xì)胞群差異較大。接下來(lái)深入分析生理?xiàng)l件下12個(gè)月和3個(gè)月小鼠AT2細(xì)胞的差異,t分布隨機(jī)鄰接嵌入(tSNE)圖顯示二者AT2細(xì)胞分群不是太明顯,分析兩群AT2細(xì)胞的基因表達(dá)發(fā)現(xiàn),3個(gè)月小鼠AT2細(xì)胞中高表達(dá)的基因主要與蛋白折疊相關(guān),12個(gè)月小鼠AT2細(xì)胞中高表達(dá)的基因主要與免疫反應(yīng)相關(guān)。此外,博來(lái)霉素?fù)p傷后12個(gè)月和3個(gè)月小鼠AT2細(xì)胞群則差異較大,說明衰老對(duì)AT2細(xì)胞在博來(lái)霉素?fù)p傷條件下的影響更大。通過分析損傷后12個(gè)月和3個(gè)月小鼠AT2細(xì)胞基因表達(dá),我們發(fā)現(xiàn)兩群AT2細(xì)胞基因表達(dá)差異較大,3個(gè)月小鼠中高表達(dá)的基因主要涉及到能量代謝,而12個(gè)月小鼠中高表達(dá)的基因主要與免疫反應(yīng)相關(guān)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,衰老導(dǎo)致的AT2細(xì)胞再生問題可能是肺損傷修復(fù)障礙的重要原因之一。老年小鼠在肺損傷情況下,脂質(zhì)、膽固醇代謝相關(guān)的基因表達(dá)下降,同時(shí)老年小鼠在生理以及損傷條件下,AT2細(xì)胞免疫相關(guān)的基因均呈現(xiàn)高表達(dá),可以從衰老、脂質(zhì)代謝和免疫相關(guān)的基因作為切入點(diǎn)找到可能的基因或信號(hào)通路,為衰老導(dǎo)致的AT2再生障礙問題提供思路。
【圖文】：

圖１衰老的細(xì)胞和分子學(xué)機(jī)制［５］逡逑該圖列舉了衰老相關(guān)的細(xì)胞和分子機(jī)制中的九個(gè)特征：基因組不穩(wěn)定、端粒磨損、表觀遺逡逑傳改變、蛋白質(zhì)平衡喪失、營(yíng)養(yǎng)傳感失調(diào)、線粒體功能障礙、細(xì)胞衰老、干細(xì)胞衰竭和細(xì)逡逑胞間通訊的改變。逡逑細(xì)胞衰老是細(xì)胞對(duì)復(fù)制性或應(yīng)激性端�？s短作出的內(nèi)在程序反應(yīng)。鑒于端粒功逡逑能障礙在ＩＰＦ中的致病作用，因此在ＩＰＦ患者的肺中檢測(cè)到衰老細(xì)胞也就不足為奇逡逑了。雖然有強(qiáng)有力的證據(jù)表明衰老細(xì)胞在組織中隨著年齡的增長(zhǎng)而積累［３４］，但它們逡逑促進(jìn)衰老和與年齡相關(guān)的疾病的機(jī)制仍值得進(jìn)一步研究。纖維化通常被認(rèn)為是一種逡逑纖維增生，但疾病過程呈良性（非癌變）。與這一概念相一致的是，在創(chuàng)傷愈合過程逡逑中衰老的成纖維細(xì)胞的出現(xiàn)被認(rèn)為是介導(dǎo)抗纖維化作用的中介［３５，３６］。因此，與細(xì)胞逡逑在腫瘤抑制中的作用類似，細(xì)胞衰老可能是纖維抑制的一種機(jī)制［３７］。衰老的這種“拮逡逑抗多效性”作用必須與特定的年齡相關(guān)疾病相協(xié)調(diào)，包括ＩＰＦ，可以通過有效的靶逡逑向治療衰老相關(guān)的路徑來(lái)指向疾病的治療。逡逑

合于一個(gè)潛在的毛細(xì)血管網(wǎng)周圍。這種超薄屏障能夠使紅細(xì)胞通過毛細(xì)血管持續(xù)循逡逑環(huán)，促進(jìn)二氧化碳的有效釋放和氧氣的吸收［４８，４１逡逑肺泡上皮包括兩種主要細(xì)胞類型；肺泡１型和肺泡２型細(xì)胞［２，５（）］（圖２）。ＡＴＩ逡逑細(xì)胞是一種薄而扁平的鱗狀細(xì)胞，覆蓋９５％的肺泡表面。它們位于內(nèi)皮細(xì)胞的頂部逡逑肺毛細(xì)血管床細(xì)胞周圍，２個(gè)組織之間有一層薄基底膜［５１］。它們的主要功能是通過逡逑擴(kuò)散和交換二氧化碳和氧氣將離子和水從肺泡腔輸送過來(lái)到毛細(xì)血管床。最近研究逡逑發(fā)現(xiàn)ＡＴ１在ＰＮＸ后通過自我更新能分化為ＡＴ２，但是在體內(nèi)平衡［５２］時(shí)沒有觀察到逡逑這種現(xiàn)象。而ＡＴＩ被認(rèn)為是肺遠(yuǎn)端損傷和衰老最脆弱的靶細(xì)胞，它們是一個(gè)有效再逡逑生的關(guān)鍵群體。因此，隨著年齡增長(zhǎng)而發(fā)生的ＡＴ１和ＡＴ２受損后的細(xì)胞缺失，可能逡逑對(duì)老化的肺的再生能力有相當(dāng)大的影響。逡逑ＡＴ１邋ｍ邐ＡＴ２、逡逑．邐邐邐邋Ａｌｖｅｏｌａｒ邋ｓｔｅｍ邋ｃｅｌｌ逡逑ＡＴ１邋／邋＼邋ＡＴ２邋）逡逑圖２肺泡上皮細(xì)胞自我更新和修復(fù)模型逡逑成熟的ＡＴ２細(xì)胞具有干細(xì)胞的功能，可間歇性地激活肺泡更新和修復(fù)。當(dāng)肺泡上皮受損傷逡逑的情況下，ＡＴ２細(xì)胞能自我增殖和分化為ＡＴ１細(xì)胞，，實(shí)現(xiàn)自我修復(fù)過程。逡逑ＡＴ２是立方細(xì)胞
【學(xué)位授予單位】：北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：R563

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本文編號(hào)：2710704