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本研究针对肺纤维化中肺泡上皮再生障碍的临床难题，通过建立TGF-β1损伤的3D肺泡类器官模型进行16,800种化合物高通量筛选，发现DB-11-BE87通过激活芳香烃受体(AHR)通路逆转成纤维细胞异常活化，显著减少纤维化相关Fn1+ Krt8+异常上皮细胞，促进AT2向AT1细胞分化。该研究为靶向基质-上皮交互作用的抗纤维化治疗提供新策略。
慢性肺疾病如特发性肺纤维化(IPF)存在肺泡结构破坏和气体交换功能障碍，其核心病理特征是转化生长因子-β1(TGF-β1)驱动的成纤维细胞异常活化及肺泡上皮再生障碍。虽然已知肺泡Ⅱ型上皮细胞(AT2)可分化为Ⅰ型细胞(AT1)修复损伤，但在病理微环境中该过程被显著抑制。当前临床使用的抗纤维化药物虽能延缓疾病进展，却无法有效促进肺泡再生，这使得开发同时靶向纤维化微环境与上皮再生的疗法成为关键挑战。
诺华生物医学研究所(Novartis Institutes for BioMedical Research)的研究团队通过整合多学科技术平台，建立了创新研究体系。研究人员首先构建了Hopx-GFP转基因小鼠来源的三维(3D)肺泡类器官模型，在TGF-β1处理条件下模拟病理状态下的肺泡再生障碍。通过高通量成像筛选(HCI)16,800种化合物，发现先导化合物LA-13-ZS70及其优化衍生物DB-11-BE87可显著增加Hopx-GFP+ AT1球体形成。为解析作用机制，团队采用跨时间点单细胞转录组测序(scRNA-seq)、配体-受体相互作用分析(CellChat)及AHR报告基因验证等技术，系统阐释了该化合物的作用靶点与细胞特异性效应。
主要技术方法
- 转基因类器官模型：采用Hopx-GFP/SftpcCreER+;ROSA26dTomato/+ 双报告基因小鼠分离全肺细胞，建立含上皮/间质/免疫多细胞组分的3D肺泡球培养体系
- 高通量筛选平台：在384孔板中建立TGF-β1损伤模型，通过自动成像和AI辅助图像分析（CellProfiler/ilastik）定量AT1球体形成
- 多组学分析：
- 肺组织特异性RASL-seq检测127个基因表达谱
- 纵向scRNA-seq（4个时间点，>11万细胞）结合RNA速率分析解析细胞命运转变
- 靶点验证：构建AHR-DRE荧光素酶报告系统验证化合物活性
研究结果
1. 建立TGF-β1损伤模型并筛选活性化合物
通过优化Barkauskas建立的肺泡球培养方法，证实TGF-β1剂量依赖性抑制Hopx-GFP
+ AT1球体形成（图1B-C）。筛选发现LA-13-ZS70及其衍生物DB-11-BE87（EC
50=151 nM）可逆转此效应，RASL-seq检测显示AT1标志物(Ager/Aqp5/Gprc5a)表达显著上调（图2H）。
2. 单细胞转录组揭示纤维化相关异常上皮细胞
跨时间点scRNA-seq发现TGF-β1处理的类器官中存在与IPF患者相似的Fn1
+ Krt8
+ 肺泡分化中间态细胞(ADI)，其形成受RNA速率分析证实的双歧分化路径调控（图3E）。DB-11-BE87处理显著降低该群体比例（p=0.02），同时增加过渡态AT2细胞（transAT2，p=3e-4）。
3. AHR激活逆转成纤维细胞活化
间质细胞分析揭示TGF-β1诱导Cthrc1
+ 促纤维化成纤维细胞（图4F）。DB-11-BE87处理促进肌成纤维细胞向Sfrp1
+/Spp1
+ 过渡态转化（图5F，p<0.01），并显著激活AHR通路（图6A）。AHR特异性激动剂可模拟修复效应，而拮抗剂加重损伤。
4. 细胞互作介导IL-1β信号活化
CellChat分析显示活化成纤维细胞通过配体-受体相互作用增强巨噬细胞IL-1β分泌（图7E）。伴随上皮细胞糖酵解通路激活，形成AHR-成纤维细胞-巨噬细胞-上皮细胞的级联修复网络。
结论与意义
本研究通过创新性多细胞类器官平台结合系统药理学方法，揭示AHR激活是逆转病理微环境、促进肺泡再生的关键机制：
- 靶点创新性：首次发现AHR激动剂可通过细胞非自主方式，特异性逆转TGF-β1诱导的成纤维细胞活化，为克服直接靶向TGF-β通路的毒副作用提供新思路
- 病理机制突破：阐明Fn1+ Krt8+ ADI细胞在肺泡再生障碍中的核心地位，及其与IPF患者基底样细胞的保守性
- 技术范式价值：建立整合HCI-RASL-seq-纵向scRNA-seq的靶点确证体系，为复杂表型筛选提供标准化路径
该研究发表于《Communications Biology》，不仅为肺纤维化治疗提供候选化合物DB-11-BE87，更开创了通过调控基质微环境促进组织再生的治疗新范式。未来研究需在博来霉素等动物模型中验证其治疗窗口期效应，并深入探索AHR配体物种差异性的转化医学意义。
