10月1日，國際學(xué)術(shù)期刊J Clin Invest在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子細胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細胞生物學(xué)研究所）隋鵬飛研究組聯(lián)合中國科學(xué)院上海免疫與感染研究所劉博研究員的最新合作研究成果：“Viral infection induces inflammatory signals that coordinate YAP regulation of dysplastic cells in lung alveoli”。該研究闡明了免疫-上皮互作在介導(dǎo)肺泡異常重塑中的作用，不僅對調(diào)控異常增生KRT5⁺ 細胞的命運至關(guān)重要，還揭示了“長新冠”發(fā)生的分子機制，為理解和治療病毒感染導(dǎo)致的肺組織異常重塑提供了理論依據(jù)和潛在的干預(yù)靶點。

肺臟作為人體呼吸系統(tǒng)的中心器官，其中肺泡是氣體交換的發(fā)生場所，肺泡上皮細胞主要包括I型肺泡細胞（AT1）和II型肺泡細胞（AT2）。當肺泡受損時，遠端氣道上的支氣管肺泡干細胞（BASC）、棒狀細胞（clubcells）、以及肺泡區(qū)域的II型肺泡細胞都可以作為干細胞/祖細胞，介導(dǎo)肺泡的功能性再生。但是，研究發(fā)現(xiàn)病毒感染會致使一群表達KRT5的細胞（KRT5⁺ cell）于肺泡區(qū)域出現(xiàn)異常增生，此現(xiàn)象被稱為肺泡異常重塑（dysplasticalveolarremodeling）。異常增生的KRT5⁺ 細胞不具備氣體交換功能，并且，其一旦形成，就會持續(xù)性存在于肺泡區(qū)域，無法轉(zhuǎn)化為正常的肺泡上皮細胞，反而有部分細胞會向簇狀細胞（tuftcells）、杯狀細胞（gobletcells）等病理性增生細胞轉(zhuǎn)化。因此，異常增生細胞被視作導(dǎo)致新冠肺炎患者肺持久性損傷的原因之一。

流感病毒感染小鼠模型是用于模擬病毒感染引起肺泡異常重塑的最佳模型，已有研究表明，遠端氣道上SOX2⁺P63⁺KRT5^- 細胞是異常增生的KRT5⁺ 細胞的來源。除病毒性炎癥患者外，特發(fā)性肺纖維化（IPF）患者肺部亦能觀察到KRT5⁺ 細胞異常增生的癥狀，慢性博萊霉素（常見的纖維化損傷模型）損傷小鼠肺部也可以檢測到異常增生的KRT5⁺ 細胞。但是與病毒感染不同的是，遠端氣道上皮SOX2⁺P63⁺KRT5^- 細胞在博萊霉素損傷模型中的貢獻率極低，Scgb1a1^Lin+ club cell被視作KRT5⁺ 細胞的主要來源，并且，博萊霉素損傷不會引起大面積的KRT5⁺ 細胞異常增生。那么，為什么病毒感染會激活P63^Lin+ 細胞，誘發(fā)劇烈的肺泡異常重塑？是否在病毒損傷組織中，存在特異性機制促使KRT5⁺ 細胞異常增生？如何避免病毒感染引起肺泡異常重塑，促使肺泡功能性再生？

為解決這一科學(xué)問題,研究人員首先對流感病毒感染模型和博萊霉素損傷模型進行比較，發(fā)現(xiàn)病毒感染會引起劇烈的I型免疫反應(yīng)，招募大量CD8⁺ T細胞，并且CD8⁺ T細胞與KRT5⁺ 細胞共定位，CD8⁺ T細胞來源的IFN-γ在病毒感染組織中的表達水平顯著高于博萊霉素損傷組織。為了驗證IFN-γ是否參與介導(dǎo)KRT5⁺ 細胞異常增生，研究人員構(gòu)造了肺氣道上皮細胞特異性敲除Ifngr1小鼠（Ifngr1^Sox2-KO），發(fā)現(xiàn)突變體小鼠肺組織中異常增生KRT5⁺ 細胞面積顯著降低，同時更多Sox2^Lin+ 細胞轉(zhuǎn)化為SPC⁺ II型肺泡細胞。病毒損傷會引起肺纖維化，損害肺功能，天狼星紅染色結(jié)果表明突變體小鼠肺纖維化損傷得到改善，肺順應(yīng)性檢測結(jié)果表明突變體小鼠肺功能恢復(fù)得更好。

進一步對病毒感染小鼠肺組織上皮細胞進行單細胞測序，研究人員發(fā)現(xiàn)YAP信號通路相關(guān)基因在KRT5⁺ 細胞中高表達。通過免疫熒光染色檢測Ki67、YAP信號在損傷后不同時間點肺組織中的表達，發(fā)現(xiàn)KRT5⁺ 細胞中YAP信號隨著Ki67表達水平變化而變化。敲除P63⁺ 細胞（Yap^Sox2-hKO和Yap^Sox2-KO）YAP信號可以抑制KRT5⁺ 細胞異常增生。此外，利用譜系示蹤技術(shù)追蹤敲除YAP的異常增生KRT5⁺ 細胞的命運，發(fā)現(xiàn)突變體小鼠肺組織中有更多Krt5^Lin+ 細胞轉(zhuǎn)化為SCGB1A1⁺ 棒狀細胞，而棒狀細胞可以作為祖細胞/干細胞介導(dǎo)肺泡功能性再生。有意思的是，單拷貝YAP缺失就足以調(diào)控KRT5⁺ 細胞的異常增生和命運維持。

最后，研究人員通過檢測新冠肺炎患者肺組織切片，發(fā)現(xiàn)CD8⁺ T細胞與KRT5⁺ 細胞在組織分布上十分密切，并且病人肺部的KRT5⁺ 細胞同樣表達YAP信號。人體II型肺泡細胞在體外培養(yǎng)時可以轉(zhuǎn)化為KRT5⁺ 細胞。通過體外類器官培養(yǎng)實驗，研究人員發(fā)現(xiàn)IFN-γ也可以促進人體II型肺泡細胞向KRT5⁺ 細胞轉(zhuǎn)化。

綜上，該研究利用小鼠遺傳學(xué)模型、類器官培養(yǎng)、單細胞測序結(jié)合新冠肺炎患者樣本，證明了病毒感染誘導(dǎo)免疫因子在介導(dǎo)肺泡異常重塑中的作用，為預(yù)防和治療病毒性肺炎患者肺組織中肺泡異常重塑等后遺癥提供了潛在的治療策略和新的藥物靶點。

分子細胞卓越中心隋鵬飛研究組博士生林秀玉，復(fù)旦大學(xué)附屬兒科醫(yī)院副主任醫(yī)師陳偉呈為該論文共同第一作者。隋鵬飛研究員、中國科學(xué)院上海免疫與感染研究所劉博研究員為該論文通訊作者。該研究得到了上?？萍即髮W(xué)席瑩教授、上海六院任濤教授、以及分子細胞卓越中心動物實驗技術(shù)平臺和細胞分析技術(shù)平臺的大力支持。該工作得到中國科學(xué)院、國家自然科學(xué)基金委的支持。

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病毒感染與博萊霉素損傷肺組織誘導(dǎo)肺泡異常重塑的差異