京都大学iPS细胞研究所（CiRA）临床应用研究部门的大西裕子研究员和后藤慎平教授带领的研究团队发表研究成果称，明确了当肺泡受到病毒感染等损伤时可发挥修复作用的Ⅱ型肺泡上皮细胞（AT2）向Ⅰ型肺泡上皮细胞（AT1）分化时，激活YAP/TAZ信号和抑制AKT信号能够促进分化过程，同时研究团队还建立了一种能够高度灵敏地定量评估AT1分化情况的人源iPS细胞，使用源自相同细胞的肺泡上皮细胞制备了适用于筛选多种化合物的肺泡类球状细胞。这一发现有望应用于各类肺部疾病的药物开发。相关研究成果已于3月28日发表在国际学术期刊《Stem Cell Reports》上。
图1 适用于化合物筛选的“on-gel培养法”（供图：京都大学）
A：on-gel培养法的概要。预先将基质凝胶涂于底面的96孔培养板上，培养人源iPS细胞的肺泡上皮祖细胞或AT2。
B：人源iPS细胞的AT2（绿色荧光蛋白GFP）经on-gel培养形成肺泡细胞球。比例尺左侧为500μm，右侧为100μm。
人类的肺由气道和肺泡组成，肺泡负责气体交换。肺泡表面覆盖着两种上皮细胞：扁平的AT1负责交换氧气和二氧化碳，立方体的AT2负责分泌维持肺泡囊结构的成分。正常情况下，AT1因病毒感染等原因受损时，AT2细胞作为组织干细胞会增殖，并部分分化为AT1。相反，有报告称，在间质性肺炎和新型冠状病毒肺炎等疾病中，AT2向AT1的分化受到阻碍，导致形成异常细胞。另一方面，由于难以获得活体人源肺泡上皮细胞，AT2向AT1分化的调控机制的研究进展缓慢。
京都大学的研究团队一直致力于肺部疾病的理解和治疗方法的开发，并于2014年用人源iPS细胞成功制备出了肺泡类器官，2017年成功制备出可长期培养的肺泡类器官，2021年成功地部分揭示了与AT1分化相关的信号通路。
此次研究团队的目标是全面筛选与AT1分化相关的信号。
首先，为了对AT2分化为AT1的过程进行高灵敏度的定量评估，研究人员通过转基因技术建立了能够可视化AT1分化的人源iPS细胞。
接下来，研究人员考虑开发一种操作简单、可进行高效筛选的肺泡类球状细胞（球状细胞团），最终开发出了可使用少量细胞轻松形成肺泡类球状细胞的“on-gel培养法”。运用这种方法，将基质凝胶（培养基）预先涂覆于96孔培养板的底面，并在其上注入肺泡上皮的悬浮液，即可在凝胶上便捷地形成肺泡类球状细胞。
研究人员使用相同的培养方法，培养了从可视化AT1分化的iPS细胞中诱导分化而来的肺泡上皮前体细胞。并在每个孔中分别加入274种低分子化合物，通过发光强度评估其促进AT1分化的效果。那些细胞数量急剧减少的化合物因其潜在的细胞毒性被排除在外。
结果显示，有15种化合物的发光强度较高。其中，有5种化合物显示上调了3种AT1标记基因的表达。
对AT1标记基因表达的研究结果表明，其中尤以YAP/TAZ信号激活剂（LATS-IN-1）能够显著增强AT1标记基因的表达。此前的研究证实，在小鼠实验中，这种信号的上升对AT1分化具有重要意义。
此外，实验还显示当分别同时添加YAP/TAZ信号激活剂和其他4种化合物时，AKT信号抑制剂会显著增加AT1标记基因的表达。除了基因表达外，AT1标记蛋白的表达也增加了。处理这两种化合物样本后，AT1标记的阳性细胞球数量从未经处理的40%增加到了90%。这一效果在采集自人体的AT2中也得到了验证。
最后，为全面分析这两种化合物的添加效果，研究人员进行了RNA测序分析。结果表明，单独添加每一种化合物都会上调多种AT1标记基因的表达，而同时添加两种化合物则效果更显著。研究证实，同时添加两种化合物可以增强血管的新生能力，并使细胞形态更接近AT1。
据悉，此次开发的筛选方法有望在未来实现自动化，从而为提高候选药物筛选效率、促进展再生医疗研究的发展提供助力。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Stem Cell Reports
论文：Screening of factors inducing alveolar type 1 epithelial cells using human pluripotent stem cells
DOI：10.1016/j.stemcr.2024.02.009
