肺泡干细胞分化受损已在多种急性和慢性肺部疾病中被发现。
2023年8月3日，北京生命科学研究所汤楠团队在Cell Stem Cell 在线发表题为“Enhanced glycolysis-mediated energy production in alveolar stem cells is required for alveolar regeneration”的研究论文，该研究检测了调节肺泡再生的机制，并了解衰老如何影响这一过程。该研究发现肺泡II型(AT2)细胞分化为AT1细胞的过程是一个消耗能量的过程。在肺泡再生过程中，激活的AMPK-PFKFB2信号上调糖酵解，这对于支持AT2细胞分化过程中细胞骨架重塑所需的细胞内能量消耗至关重要。
老年肺中的AT2细胞表现出AMPK-PFKFB2信号和ATP产生的减少，导致肺泡再生受损。激活衰老AT2细胞中的AMPK-PFKFB2信号可以修复衰老小鼠肺泡再生缺陷。因此，除了证明细胞能量代谢与肺泡再生过程中的干细胞分化协调外，该研究表明，调节AMPK-PFKFB2信号可促进老年肺的肺泡修复。
在体内平衡和肺损伤修复中，肺泡再生对于维持肺泡上皮屏障的完整性和足够的气体交换表面至关重要。在肺泡再生过程中，肺泡II型(AT2)细胞作为肺泡干细胞再生新的肺泡单位。研究表明，在肺泡再生过程中，生化和生物物理因素作为外部因素启动了AT2细胞的再生程序。这种外部因子介导的信号传导中断会导致肺泡干细胞功能异常，并增加对肺损伤的易感性。
在肺泡再生过程中，AT2细胞积极调节自身的细胞过程，以响应这些外部因素诱导的信号。最重要的细胞过程之一是AT2细胞逐渐重塑其细胞骨架，改变其立方体细胞形状，成为大而扁平的肺泡I型(AT1)细胞。AT2细胞中细胞骨架重塑破坏了AT2细胞的分化并导致进行性肺纤维化。研究还表明，调节干细胞中肌动蛋白细胞骨架的状态可以影响其他器官中干细胞在发育和再生过程中的分化。异常干细胞分化已被观察到在各种急慢性疾病。因此，有必要揭示干细胞中关键的内在调节因子，促进干细胞在器官再生过程中协调其动态细胞骨架重塑和分化程序。
文章模式图（图源自Cell Stem Cell ）
该研究证明了AT2细胞向AT1细胞分化的过程是一个能量昂贵的过程。该研究证明了AMPK-PFKFB2信号在肺泡干细胞分化过程中作为一个关键的内在参与者，将细胞能量代谢与细胞骨架重塑和细胞形状变化结合在一起。AT2细胞中AMPK-PFKFB2信号的激活对于大量糖酵解ATP (GlycoATP)的产生至关重要，并支持调节AT2细胞分化所需的高能量消耗。该研究进一步证明，老年肺AT2细胞中AMPK-PFKFB2信号的减少会导致ATP产生减少，从而导致损伤后肺泡再生受损。调节AMPK-PFKFB2信号可促进老年肺损伤后修复。
北京生命科学研究所汤楠实验室博士后王诤为本论文的第一作者。本论文的其他作者还包括汤楠实验室的魏东东、宾恩楠、姜克武、毛晓旭，影像中心的李蛟博士，转基因动物中心的王凤超博士，以及中日友好医院的代华平教授和吕婷婷博士。汤楠博士为本论文的通讯作者。感谢北生所代谢中心马燕博士、蒋辉博士对该研究的指导。本研究由科技部、国家自然科学基金委和北京市政府共同资助，在北京生命科学研究所完成。
文章来源“iNature”
