人源共培养模型重现肺泡细胞的异常分泌表型

特发性肺纤维化中的细胞相互作用,会改变肺泡上皮的分化与修复。德国萨尔大学(Saarland University)及中国同济大学(Tongji University)等团队在 Molecular Medicine 报道人源共培养研究,把肺泡Ⅱ型细胞(alveolar type 2 cell,AT2)与原代肺成纤维细胞放入类器官培养。

AT2 细胞经过分选后,在 Matrigel 中培养 21 天;共培养组加入等比例的成纤维细胞。研究分别比较没有成纤维细胞、加入原代细胞以及使用 MRC5 细胞系的模型。

单独培养时,超过 95% 的类器官呈葡萄簇状。加入原代成纤维细胞后,类器官直径增大,并形成明显的囊状结构;MRC5 虽使类器官变大,却未产生同样的囊状变化。

成纤维细胞改变 AT2 细胞组成与标志物

单细胞分析使用 3 名供者的成纤维细胞。供者分别有肺癌、伴慢性阻塞性肺疾病的肺癌或肺纤维化背景,取材来自无病变区域。扩增后的细胞均表现出较高的胶原及促纤维化相关基因表达。

共培养使上皮细胞更多地转向异常 AT2 状态:肺表面活性蛋白 C(SFTPC)表达降低,黏蛋白 5B(MUC5B)和炎症相关分泌因子增加。染色与转录检测支持这一变化,类器官仍未出现典型气道基底细胞标志。

团队还在人肺纤维化病灶中观察到 MUC5B 与部分 SFTPC 阳性细胞关联。组织结果为培养表型提供了疾病参照;模型中的成纤维细胞状态同时受到扩增和培养环境影响。

IL-6 刺激可诱导相似的囊状表型

共培养上清中的白细胞介素 6(interleukin-6,IL-6)升高,异常 AT2 细胞中 STAT3 信号活跃。研究从接种时开始加入 IL-6,随后也观察到囊状生长、MUC5B 表达增加及 SFTPC 降低。

配体与受体分析提示上皮细胞和成纤维细胞之间存在双向信号。部分相互作用来自计算预测,团队进一步用生长分化因子和白血病抑制因子刺激成纤维细胞,检测其 IL-6 分泌。

这些实验把异常分泌表型与持续的细胞信号联系起来,也使模型具备检验药物是否干预该过程的具体终点。

达沙替尼减少囊状结构,SFTPC 降低仍然存在

团队预先用达沙替尼处理成纤维细胞,并在后续共培养中持续加入药物。检测浓度为 200 nM,观察至第 21 天;未加成纤维细胞的培养也设置了相应药物对照。

加入成纤维细胞的模型中,达沙替尼减少囊状类器官的形成与 MUC5B 染色。没有成纤维细胞时,药物提高 SFTPC、降低 MUC5B 表达,但葡萄簇状形态及直径没有相应变化。药物比较汇总了 3 次独立实验的结果。

在成纤维细胞共培养中,达沙替尼减少 STAT3 磷酸化,但没有逆转 SFTPC 表达降低。药物对囊状结构、黏蛋白和肺泡细胞标志的作用因检测指标而异。

达沙替尼处理后,人源共培养类器官的囊状形态和 MUC5B 染色变化。

窄屏可横向滑动查看完整图表。

达沙替尼处理后,人源共培养类器官的囊状形态和 MUC5B 染色变化。(Yiwen Yao et al. / Molecular Medicine, 2024, Figure 9;CC BY 4.0)

成纤维细胞来源与扩增影响模型表型

原代成纤维细胞需要先在二维条件下扩增,这一步本身就可能增强促纤维化状态。培养液中的信号调节成分也可能改变细胞间相互作用,模型因此用于研究培养条件下的异常分化及其药物干预。

这一人源共培养模型同时提供了囊状结构、MUC5B 表达和 SFTPC 表达等检测指标。达沙替尼实验显示,减少异常结构及黏蛋白表达,与恢复肺泡细胞标志,是反应不同的两项结果。

来源与延伸阅读

  1. Co-culture of human AT2 cells with fibroblasts reveals a MUC5B phenotype: insights from an organoid model. Molecular Medicine. 2024. doi:10.1186/s10020-024-00990-w ↗