汤楠实验室发现肺泡干细胞中Cdc42/F-actin/MAPK/YAP信号通路的激活对机械力诱导的肺泡再生非常重要

        肺泡是肺器官进行血氧交换的基本单位，由两种肺泡上皮细胞组成：进行气体交换的一型肺泡上皮细胞(alveolar type 1 epithelial cell , AT1)和分泌肺表面活性物质的二型肺泡细胞（alveolar type 2 epithelial cell，AT2)。谱系追踪研究证实AT2细胞为肺泡干细胞。在健康状态下，肺泡上皮的更替速度极其缓慢；在肺泡上皮损伤造成肺呼吸功能缺失后，作为肺泡干细胞的AT2细胞能够快速的增殖分化，并成为具有气体交换功能的AT1细胞。最近几年的研究着重于探索肺泡上皮谱系关系，对肺泡再生的过程中所涉及的分子机制了解较少。

        这项工作中，汤楠实验室的研究人员建立了小鼠左肺全切除（Pneumonectomy, PNX）诱导的肺泡再生模型，利用肺泡干细胞谱系特异性的小鼠，标记肺泡干细胞，在PNX模型下研究肺泡干细胞在肺泡损伤后的增殖及分化行为，及其中涉及的细胞和分子生物学机制。研究人员发现PNX手术后，AT2细胞会快速增殖并分化成为AT1细胞，形成新肺泡，修复肺呼吸功能。PNX后，起始肺泡再生的因素一直存在争议。被提出的可能因素包括机械力引起的肺泡上皮扩张；肺组织缺失导致的肺内血流速度增加；以及血管上皮释放的可以作用于肺泡上皮的生长因子等。这项研究中，汤楠实验室研究人员发现机械力引起的肺泡扩张对肺泡再生过程极为重要。研究人员将假体放入PNX后小鼠的左胸腔内以阻断肺切除后造成的机械力增加，发现机械力的降低会致肺再生程度降低，表现为AT2细胞增殖比率降低，肺泡数目和肺泡表面积的增加受到抑制。

        通过RNA-Seq分析肺切除后肺泡干细胞中基因的变化情况，研究人员发现YAP信号通路下游基因在PNX后表达量升高。YAP在肺切除后的AT2细胞中激活，而在没有经过PNX，以及PNX后加入假体阻断的小鼠AT2细胞中没有出现YAP核内富集或YAP下游靶基因的表达升高，表明机械力对YAP信号通路在肺泡干细胞中的激活非常重要。将Yap基因特异性在AT2细胞中敲除，出现PNX后肺泡再生减弱，该表型与假体阻断肺泡再生一致。

        MAP kinases被报道在机械力作用下活化，研究人员发现在PNX后肺组织中，体外培养的经过等轴牵张的原代AT2细胞，激活F-actin的A549细胞株中，p-MEK, p-p38以及p-JNK的表达水平都会升高。利用小分子抑制剂，体内或体外抑制p-MEK, p-p38以及p-JNK的活性后发现：YAP核内表达的降低，AT2细胞增殖率下降，肺泡再生减弱。Cdc42是一种Rho-GTPase，被广泛报道能够调节F-actin的聚合过程。研究人员在AT2细胞中特异性的敲除Cdc42后，导致F-actin/MAPK/ YAP信号通路的激活受阻，肺泡再生程度下降。Cdc42控制YAP入核的机制也曾在肾脏中被发现，这指示我们所研究的Cdc42/F-actin/MAPK/YAP级联信号调节方式可能是一种普适性的调节机制。

       来自北京大学-清华大学-北京生命科学研究所联合培养项目的研究生刘哲为本文的第一作者；来自北京大学-清华大学-北京生命科学研究所联合培养项目的研究生武慧娟，北京生命科学研究所和北京师范大学联合培养学生姜克武也对本文有重要贡献；汤楠博士为本文通讯作者。该研究由科技部973项目资助，在北京生命科学研究所完成。