【摘要】：成年2型肺泡上皮(Alveolar type 2,AT2)細胞是肺泡上皮的干細胞/祖細胞,在肺損傷后具有自我更新和分化為肺泡1型(Alveolar type 1,AT1)上皮細胞的能力。一般生理條件下,肺組織發(fā)生急性損傷后,肺泡能夠快速修復并再生出新的肺泡上皮細胞,以恢復完整的上皮屏障。隨著年齡的增長,這種肺組織屏障的保護功能逐漸減弱,導致慢性肺疾病的發(fā)展。然而,衰老在生理狀態(tài)和損傷后組織修復期間對肺泡干細胞(AT2細胞)再生的影響尚未得到更多的證據(jù)。在這里,我們利用博來霉素肺損傷模型,探究衰老對AT2再生能力的影響,并對AT2細胞進行單細胞RNA測序(Single cell RNA sequencing,scRNA-seq)分析,旨在探究生理條件及損傷條件下衰老對AT2干細胞的差異性基因表達的影響,為后續(xù)研究衰老對AT2再生影響的機制提供思路。在本研究中,首先利用博來霉素對3個月和12個月小鼠制造肺損傷,有趣的是,我們發(fā)現(xiàn)12個月小鼠已經(jīng)處于早期衰老年齡,此時肺損傷后修復能力已經(jīng)開始下降。通過觀察12個月小鼠和3個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個月小鼠肺損傷能夠完全恢復,12個月小鼠則恢復較慢,甚至不能完全恢復。通過AT2細胞再生的研究發(fā)現(xiàn),12個月小鼠AT2細胞再生已經(jīng)出現(xiàn)障礙,主要表現(xiàn)為衰老導致的細胞分化受損。為了進一步分析在12個月和3個月小鼠肺損傷后修復過程中AT2細胞的轉(zhuǎn)錄組水平的差異,我們利用單細胞RNA測序分析正常生理條件下和博來霉素肺損傷條件下的AT2細胞分群及基因表達的差異。首先發(fā)現(xiàn)對照組和損傷組AT2細胞分群明顯,說明損傷前后的AT2細胞群差異較大。接下來深入分析生理條件下12個月和3個月小鼠AT2細胞的差異,t分布隨機鄰接嵌入(tSNE)圖顯示二者AT2細胞分群不是太明顯,分析兩群AT2細胞的基因表達發(fā)現(xiàn),3個月小鼠AT2細胞中高表達的基因主要與蛋白折疊相關(guān),12個月小鼠AT2細胞中高表達的基因主要與免疫反應相關(guān)。此外,博來霉素損傷后12個月和3個月小鼠AT2細胞群則差異較大,說明衰老對AT2細胞在博來霉素損傷條件下的影響更大。通過分析損傷后12個月和3個月小鼠AT2細胞基因表達,我們發(fā)現(xiàn)兩群AT2細胞基因表達差異較大,3個月小鼠中高表達的基因主要涉及到能量代謝,而12個月小鼠中高表達的基因主要與免疫反應相關(guān)。實驗結(jié)果顯示,衰老導致的AT2細胞再生問題可能是肺損傷修復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)的基因表達下降,同時老年小鼠在生理以及損傷條件下,AT2細胞免疫相關(guān)的基因均呈現(xiàn)高表達,可以從衰老、脂質(zhì)代謝和免疫相關(guān)的基因作為切入點找到可能的基因或信號通路,為衰老導致的AT2再生障礙問題提供思路。
【圖文】：

圖１衰老的細胞和分子學機制［５］逡逑該圖列舉了衰老相關(guān)的細胞和分子機制中的九個特征：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、營養(yǎng)傳感失調(diào)、線粒體功能障礙、細胞衰老、干細胞衰竭和細逡逑胞間通訊的改變。逡逑細胞衰老是細胞對復制性或應激性端粒縮短作出的內(nèi)在程序反應。鑒于端粒功逡逑能障礙在ＩＰＦ中的致病作用，因此在ＩＰＦ患者的肺中檢測到衰老細胞也就不足為奇逡逑了。雖然有強有力的證據(jù)表明衰老細胞在組織中隨著年齡的增長而積累［３４］，但它們逡逑促進衰老和與年齡相關(guān)的疾病的機制仍值得進一步研究。纖維化通常被認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胞的出現(xiàn)被認為是介導抗纖維化作用的中介［３５，３６］。因此，與細胞逡逑在腫瘤抑制中的作用類似，細胞衰老可能是纖維抑制的一種機制［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)的路徑來指向疾病的治療。逡逑

合于一個潛在的毛細血管網(wǎng)周圍。這種超薄屏障能夠使紅細胞通過毛細血管持續(xù)循逡逑環(huán)，促進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胞類型；肺泡１型和肺泡２型細胞［２，５（）］（圖２）。ＡＴＩ逡逑細胞是一種薄而扁平的鱗狀細胞，覆蓋９５％的肺泡表面。它們位于內(nèi)皮細胞的頂部逡逑肺毛細血管床細胞周圍，２個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散和交換二氧化碳和氧氣將離子和水從肺泡腔輸送過來到毛細血管床。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］時沒有觀察到逡逑這種現(xiàn)象。而ＡＴＩ被認為是肺遠端損傷和衰老最脆弱的靶細胞，它們是一個有效再逡逑生的關(guān)鍵群體。因此，隨著年齡增長而發(fā)生的ＡＴ１和ＡＴ２受損后的細胞缺失，可能逡逑對老化的肺的再生能力有相當大的影響。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肺泡上皮細胞自我更新和修復模型逡逑成熟的ＡＴ２細胞具有干細胞的功能，可間歇性地激活肺泡更新和修復。當肺泡上皮受損傷逡逑的情況下，ＡＴ２細胞能自我增殖和分化為ＡＴ１細胞，，實現(xiàn)自我修復過程。逡逑ＡＴ２是立方細胞
【學位授予單位】：北京協(xié)和醫(yī)學院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：R563

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本文編號：2710704