缺氧诱导气道干细胞直接分化为神经内分泌细胞
缺氧诱导气道干细胞直接分化为神经内分泌细胞
神经内分泌细胞（Neuroendocrine，
NE）是具有神经元特征的上皮细胞，包括分泌性小泡产生和感知环境刺激的能力。气道NE细胞可以分泌血清素和降钙素基因相关肽（calcitonin gene–related peptide
CGRP）。NE细胞增生发生在多种肺部疾病中，包括哮喘、肺动脉高压、囊性纤维化和慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease COPD）。NE细胞增生的原因和相关机制仍然未知。
NE细胞可以单个孤立存在或聚集为神经上皮小体（neuroepithelial bodies NEBs）。在小鼠气管和主支气管中发现有孤立型肺NE细胞。而在人中它们分布在整个气道中。有研究发现，NEB具有多种生理功能功能，包括氧气感应、机械转导、调节肺血流量以及调控炎症反应。而孤立NE细胞功能还不清楚。
近日，来自哈佛大学Jayaraj Rajagopal
团队在Science上发表题为Airway stem cells sense hypoxia and differentiate into protective solitary neuroendocrine cells的文章。该研究发现缺氧时气道干细胞可以直接分化为具有保护功能的孤立神经内分泌细胞。
有报道发现小孩出生后，气道上皮首先暴露于环境氧气中，NE细胞数量出现下降。缺氧则会延迟气道上皮中NE细胞正常的产后下降，但其机制尚不清楚。于是作者首先用Ascl1-CreERT2::Rosa26-tdTomato小鼠标记NE细胞进行缺氧条件下的探索，发现在缺氧状态下NE数量明显增加，但不是原有NE细胞增殖而来。作者利用p63-CreER::R26R-tdTomato标记基底干细胞表明了在缺氧诱导的NE细胞直接由基底干细胞分化而来，可占新增加的76%。同时也发现有约4-8%新增加的NE细胞来自于非基底干细胞。
接下来作者开始探索基底干细胞分化为NE的分子机制。在基底干细胞中敲除了HIF的抑制分子PFD，发现NE细胞数量明显增加。而用HIF稳定剂或者PHD抑制剂都能够得到一致的结果。这说明在基底干细胞中存在氧气感应机制，可以诱导基底干细胞向NE细胞直接分化。进一步分析发现在基底干细胞氧气感应系统中分化过程是HIF1a依赖的，HIF2a则产生抑制作用。作者利用人气道也验证了HIF稳定剂能够增加NE细胞数量。当出现缺氧情况时，上皮细胞会凋亡，干细胞代偿性增生。
接下来作者分析了缺氧诱导而来的NE细胞对组织是否具有保护作用。在特异性删除了气道特异NE细胞后，发现在常氧情况下删除NE细胞对细胞凋亡增殖无明显影响；但是在缺氧时，与对照组相比，上皮凋亡明显上升，增殖水平下降。作者发现在缺氧时NE来源的CGRP明显增加，并且CGRP作用于邻近的上皮细胞产生组织保护作用。使用CGRP受体抑制剂会明显抑制细胞增殖。在NE细胞删除的小鼠中给与CGRP处理则会恢复上皮细胞增殖和抑制细胞凋亡。
本研究发现气道基底干细胞具有氧气感应机制，缺氧时可以触发干细胞向孤立NE细胞直接分化。缺氧诱导的NE细胞产生的CGRP这种保护肽，可以保护肺部上皮细胞，抑制凋亡促进增殖，减少肺部损伤。其他器官的干细胞在缺氧或者损伤情况下是否也能够产生特异性保护行为则有待探索。
Science同期发布了一篇有关这个研究的观点性文章，作者是 Cincinnati大学的
William Zacharias。他指出这项研究增加了我们对气道长期缺氧时细胞的理解，层次更加丰富。基底干细胞中的PHD-HIF氧气感应系统导致NE细胞扩增，并分泌CGRP，作用于上皮细胞的受体促进组织增生。而NE增生存在于多种慢性缺氧性疾病，尤其是纤维化。而NE细胞扩增在疾病中的发生机制还有待探索。
