博来霉素诱导小鼠肺损伤中衰老对肺泡干细胞再生能力的影响

发布时间：2020-06-13 05:10

【摘要】：成年2型肺泡上皮(Alveolar type 2,AT2)细胞是肺泡上皮的干细胞/祖细胞,在肺损伤后具有自我更新和分化为肺泡1型(Alveolar type 1,AT1)上皮细胞的能力。一般生理条件下,肺组织发生急性损伤后,肺泡能够快速修复并再生出新的肺泡上皮细胞,以恢复完整的上皮屏障。随着年龄的增长,这种肺组织屏障的保护功能逐渐减弱,导致慢性肺疾病的发展。然而,衰老在生理状态和损伤后组织修复期间对肺泡干细胞(AT2细胞)再生的影响尚未得到更多的证据。在这里,我们利用博来霉素肺损伤模型,探究衰老对AT2再生能力的影响,并对AT2细胞进行单细胞RNA测序(Single cell RNA sequencing,scRNA-seq)分析,旨在探究生理条件及损伤条件下衰老对AT2干细胞的差异性基因表达的影响,为后续研究衰老对AT2再生影响的机制提供思路。在本研究中,首先利用博来霉素对3个月和12个月小鼠制造肺损伤,有趣的是,我们发现12个月小鼠已经处于早期衰老年龄,此时肺损伤后修复能力已经开始下降。通过观察12个月小鼠和3个月小鼠肺损伤程度的差异,发现两组小鼠在早期肺损伤程度差异并不明显,但损伤后期3个月小鼠肺损伤能够完全恢复,12个月小鼠则恢复较慢,甚至不能完全恢复。通过AT2细胞再生的研究发现,12个月小鼠AT2细胞再生已经出现障碍,主要表现为衰老导致的细胞分化受损。为了进一步分析在12个月和3个月小鼠肺损伤后修复过程中AT2细胞的转录组水平的差异,我们利用单细胞RNA测序分析正常生理条件下和博来霉素肺损伤条件下的AT2细胞分群及基因表达的差异。首先发现对照组和损伤组AT2细胞分群明显,说明损伤前后的AT2细胞群差异较大。接下来深入分析生理条件下12个月和3个月小鼠AT2细胞的差异,t分布随机邻接嵌入(tSNE)图显示二者AT2细胞分群不是太明显,分析两群AT2细胞的基因表达发现,3个月小鼠AT2细胞中高表达的基因主要与蛋白折叠相关,12个月小鼠AT2细胞中高表达的基因主要与免疫反应相关。此外,博来霉素损伤后12个月和3个月小鼠AT2细胞群则差异较大,说明衰老对AT2细胞在博来霉素损伤条件下的影响更大。通过分析损伤后12个月和3个月小鼠AT2细胞基因表达,我们发现两群AT2细胞基因表达差异较大,3个月小鼠中高表达的基因主要涉及到能量代谢,而12个月小鼠中高表达的基因主要与免疫反应相关。实验结果显示,衰老导致的AT2细胞再生问题可能是肺损伤修复障碍的重要原因之一。老年小鼠在肺损伤情况下,脂质、胆固醇代谢相关的基因表达下降,同时老年小鼠在生理以及损伤条件下,AT2细胞免疫相关的基因均呈现高表达,可以从衰老、脂质代谢和免疫相关的基因作为切入点找到可能的基因或信号通路,为衰老导致的AT2再生障碍问题提供思路。
【图文】：

图１衰老的细胞和分子学机制［５］逡逑该图列举了衰老相关的细胞和分子机制中的九个特征：基因组不稳定、端粒磨损、表观遗逡逑传改变、蛋白质平衡丧失、营养传感失调、线粒体功能障碍、细胞衰老、干细胞衰竭和细逡逑胞间通讯的改变。逡逑细胞衰老是细胞对复制性或应激性端粒缩短作出的内在程序反应。鉴于端粒功逡逑能障碍在ＩＰＦ中的致病作用，因此在ＩＰＦ患者的肺中检测到衰老细胞也就不足为奇逡逑了。虽然有强有力的证据表明衰老细胞在组织中随着年龄的增长而积累［３４］，但它们逡逑促进衰老和与年龄相关的疾病的机制仍值得进一步研究。纤维化通常被认为是一种逡逑纤维增生，但疾病过程呈良性（非癌变）。与这一概念相一致的是，在创伤愈合过程逡逑中衰老的成纤维细胞的出现被认为是介导抗纤维化作用的中介［３５，３６］。因此，与细胞逡逑在肿瘤抑制中的作用类似，细胞衰老可能是纤维抑制的一种机制［３７］。衰老的这种“拮逡逑抗多效性”作用必须与特定的年龄相关疾病相协调，包括ＩＰＦ，可以通过有效的靶逡逑向治疗衰老相关的路径来指向疾病的治疗。逡逑

合于一个潜在的毛细血管网周围。这种超薄屏障能够使红细胞通过毛细血管持续循逡逑环，促进二氧化碳的有效释放和氧气的吸收［４８，４１逡逑肺泡上皮包括两种主要细胞类型；肺泡１型和肺泡２型细胞［２，５（）］（图２）。ＡＴＩ逡逑细胞是一种薄而扁平的鳞状细胞，覆盖９５％的肺泡表面。它们位于内皮细胞的顶部逡逑肺毛细血管床细胞周围，２个组织之间有一层薄基底膜［５１］。它们的主要功能是通过逡逑扩散和交换二氧化碳和氧气将离子和水从肺泡腔输送过来到毛细血管床。最近研究逡逑发现ＡＴ１在ＰＮＸ后通过自我更新能分化为ＡＴ２，但是在体内平衡［５２］时没有观察到逡逑这种现象。而ＡＴＩ被认为是肺远端损伤和衰老最脆弱的靶细胞，它们是一个有效再逡逑生的关键群体。因此，随着年龄增长而发生的ＡＴ１和ＡＴ２受损后的细胞缺失，可能逡逑对老化的肺的再生能力有相当大的影响。逡逑ＡＴ１邋ｍ逦ＡＴ２、逡逑．逦逦逦邋Ａｌｖｅｏｌａｒ邋ｓｔｅｍ邋ｃｅｌｌ逡逑ＡＴ１邋／邋＼邋ＡＴ２邋）逡逑图２肺泡上皮细胞自我更新和修复模型逡逑成熟的ＡＴ２细胞具有干细胞的功能，可间歇性地激活肺泡更新和修复。当肺泡上皮受损伤逡逑的情况下，ＡＴ２细胞能自我增殖和分化为ＡＴ１细胞，，实现自我修复过程。逡逑ＡＴ２是立方细胞
【学位授予单位】：北京协和医学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R563

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本文编号：2710704