小鼠成纤维细胞直接重编程为自我更新的肺泡上皮样细胞：肺部再生医学的新突破

本研究通过四种转录因子(Nkx2-1/Foxa1/Foxa2/Gata6)和三维培养技术，首次实现小鼠成纤维细胞向诱导肺肺泡上皮样细胞(iPULs)的直接重编程。该突破性技术克服了传统干细胞技术的局限性，产生的iPULs具有肺泡上皮细胞关键特征，在博来霉素诱导的肺纤维化模型中成功整合并分化为肺泡I型和II型样细胞，为不可逆性肺疾病如特发性肺纤维化(IPF)和慢性阻塞性肺疾病(COPD)的再生治疗提供了新策略。

　　

肺部疾病如特发性肺纤维化(IPF)和慢性阻塞性肺疾病(COPD)因其不可逆性和缺乏有效治疗手段，成为全球健康重大挑战。尽管肺移植是潜在治愈方法，但供体短缺和术后排斥反应限制其应用。肺泡II型(AT2)细胞作为肺泡上皮的干细胞，在损伤后再生中起关键作用，但其来源受限。传统诱导多能干细胞(iPSC)技术存在分化过程复杂、基因组不稳定和致瘤风险等问题。因此，开发不经过多能状态的直接重编程技术，获得功能性肺泡上皮细胞成为再生医学领域亟待解决的难题。

日本庆应义塾大学医学院等机构的研究团队在《npj Regenerative Medicine》发表研究，通过筛选14个候选基因，确定Nkx2-1、Foxa1、Foxa2和Gata6四种转录因子(4TFs)组合，结合三维培养技术，首次将小鼠尾尖成纤维细胞(TTFs)和胚胎成纤维细胞(MEFs)直接重编程为诱导肺肺泡上皮样细胞(iPULs)。研究采用荧光激活细胞分选(FACS)纯化、RNA测序、单细胞RNA测序(scRNA-seq)和电子显微镜等技术，证实iPULs表达AT2细胞标志物并形成板层小体结构。在博来霉素诱导的肺纤维化模型中，移植的iPULs成功整合至肺泡表面并分化为AT1和AT2样细胞。

研究首先通过系统性筛选确定4TFs组合能最大程度诱导AT2细胞标志物Sftpc表达。三维培养显著提高重编程效率，7天后约34%细胞呈现Sftpc-GFP⁺Thy1.2^-EpCAM⁺表型。纯化的iPULs可长期培养超过180天，表达pro-Sftpc、Sftpb、Abca3等AT2标志物，并形成含板层小体的空腔器官样结构。RNA-seq分析显示iPULs转录组与AT2器官样细胞相似。scRNA-seq揭示iPULs包含六个亚群，其中58%与scMCA数据库中的AT2细胞高度相关。

在微环境依赖性实验中，iPULs与AT2细胞对FGFs、Wnt和EGF信号通路的响应相似，但iPULs更依赖FGF7。体外分化实验显示iPULs有限分化为AT1样细胞的能力，但在博来霉素损伤模型中，移植的iPULs可整合至肺泡并表达AT1标志物Ager和AT2标志物pro-Sftpc。移植42天后，约0.5%的肺上皮细胞来源于iPULs，且无致瘤性。

该研究首次实现成纤维细胞向肺泡上皮细胞的直接重编程，突破传统干细胞技术的局限性。iPULs具有与AT2器官样细胞相似的转录组特征和功能特性，在肺损伤模型中展示再生潜力。虽然人类细胞重编程尚未成功且分化效率有待提高，但该技术为肺再生医学提供新思路，未来可能应用于IPF和COPD等难治性肺疾病的治疗。研究建立的3D培养系统和确定的4TFs组合为后续研究奠定基础，针对人类细胞的优化将推动该技术向临床转化。