摘要：在我们的身体里，肺是维持生命的关键器官之一。它像一个精妙的“空气过滤器”，每天不停地工作，帮助我们呼吸新鲜空气，排出废气。然而，肺的健康却常常受到各种疾病的威胁，其中一种叫做间质性肺病（ILD）的疾病，会让肺部组织变得僵硬，呼吸变得困难。这种疾病往往与肺泡深处
在我们的身体里，肺是维持生命的关键器官之一。它像一个精妙的“空气过滤器”，每天不停地工作，帮助我们呼吸新鲜空气，排出废气。然而，肺的健康却常常受到各种疾病的威胁，其中一种叫做间质性肺病（ILD）的疾病，会让肺部组织变得僵硬，呼吸变得困难。这种疾病往往与肺泡深处的一种特殊细胞——肺泡II型（AT2）细胞的功能异常有关。
最近，科学家们在研究肺部疾病方面取得了重要进展。他们开发了一种新的人胎肺来源的肺泡类器官模型，这种模型能够模拟AT2细胞的功能，并且可以进行遗传操作。通过这个模型，科学家们发现了一种关键的蛋白质——ITCH，它在SFTPC的成熟过程中起着重要作用。让我们一起来探索这个小小的“迷你肺”背后的大秘密吧！
文章介绍
题目：一种新的人胎儿肺来源肺泡类器官模型揭示了与间质性肺病相关的表面活性蛋白C成熟机制
杂志：EMBO Journal
影响因子：IF=9.5
发表时间：2025年1月
#1
研究背景
Background
AT2细胞在维持肺健康中起着关键作用，它们不仅作为干细胞，还负责产生肺表面活性物质。AT2细胞的功能障碍与多种肺部疾病有关，其中一些遗传性形式是由表面活性蛋白C（SFTPC）变异体的错误定位引起的。由于人类AT2细胞的体外培养和维持存在复杂性，肺部疾病建模和机制研究面临挑战。
本研究团队开发了一种新的肺泡类器官模型，该模型源自人类胎儿的肺脏，具有表型稳定性、可扩展性，并能够分化为AT1样细胞。这种模型不仅能够模拟AT2细胞的功能，还便于进行遗传操作，从而为研究SFTPC的成熟机制和相关疾病提供了新的工具。通过这种类器官模型，研究人员可以更深入地探索SFTPC的细胞内运输机制及其在肺部疾病中的作用，为开发新的治疗方法提供理论基础。
#2
研究思路
Methods
类器官的构建：研究者从16-22周的人类胎儿肺组织中分离出远端尖端上皮细胞，并在特定培养基中培养，形成AT2类器官。
基因表达分析：通过单细胞RNA测序和批量RNA测序（bulk RNA-seq）分析类器官的基因表达特征。
遗传操作： 利用CRISPR干扰技术对类器官进行遗传操作，研究关键基因对SFTPC成熟的影响。
功能验证： 通过流式细胞术、免疫荧光和电子显微镜等技术验证类器官的功能和表型。
#3
研究结果
Results
研究开发了一种培养基，可诱导16-22周胎肺细胞分化为成熟的AT2细胞，并形成可扩展的三维类器官（fdAT2）。这些类器官主要源自远端上皮或未成熟的AT2细胞，而非近端气道祖细胞。fdAT2类器官在3周内形成，能分裂至少20代，维持AT2标记物表达，表现出成熟AT2细胞的特征，如分泌SFTPB、SFTPC和板层体。去除FGF7后，类器官增殖减少，表面活性剂运输相关基因表达增加，表明FGF7是AT2细胞的有丝分裂原。
单细胞RNA测序显示，fdAT2类器官主要由AT2样细胞组成，包括增殖的AT2细胞和一小部分共表达趋化因子基因的亚群。此外，还观察到基底细胞和神经内分泌细胞的分化。与胎儿肺祖细胞相比，fdAT2类器官显示出与表面活性剂蛋白合成相关的基因表达谱。DEG分析发现，fdAT2类器官和成人AT2细胞共有的基因与囊泡运输和脂质储存相关，而胎儿和iPSC衍生的AT2类器官缺少与免疫应答相关的基因，这些基因仅在成人AT2细胞中表达。这表明在体外无法以细胞自主的方式获得免疫功能。研究比较了fdAT2类器官与PSC-iAT2的转录状态，发现两者转录组大致相似，但fdAT2类器官中与表面活性剂代谢相关的基因更为富集。这表明fdAT2类器官具有高度增殖性，且在转录水平上与成年AT2细胞非常相似，具备成熟表面活性剂蛋白的生产、运输和分泌能力。然而，fdAT2类器官缺乏免疫应答相关特征，可能与其无菌生长环境或不成熟状态有关，因此不适合用于研究AT2细胞的免疫功能（图1）。
图1
AT2细胞是肺泡的兼性祖细胞，损伤后可自我更新并分化为AT1细胞。研究发现，fdAT2类器官在特定条件下可分化为AT1样细胞，表现为AT1命运标记（如AQP5、CAV1和AGER）上调，SFTPC和SFTPC-GFP下调。在更生理的环境中，如小鼠肺切片培养中，fdAT2类器官也能分化为AT1细胞，且几乎100%的细胞共表达AT1标记。这些结果表明，fdAT2类器官在长时间传代中能自我更新并分化为AT1细胞，具有成熟的表面活性剂合成能力，适合用于研究AT2细胞的基本功能和疾病机制（图2）。
图2
SFTPC的I73T突变导致AT2细胞功能障碍和ILD。研究在fdAT2类器官中重现了这种细胞表面表型，发现致病的SFTPC-I73T突变体不再泛素化，导致其重新定位。通过靶向正向遗传筛选，发现ITCH等基因的缺失会导致SFTPC在质膜上积累，表型复制I73T变异。ITCH的消耗抑制了SFTPC的最终C端裂解和运输，导致其重新定位到早期内体和再循环内体。恢复ITCH表达可逆转SFTPC的错误定位。这些结果表明，SFTPC运输需要ITCH，ITCH的耗损导致SFTPC重新定位到质膜，复制SFTPC-I73T的表型（图3）。
图3
研究发现ITCH是HeLa细胞中SFTPC成熟所需的E3连接酶，进一步在fdAT2类器官中通过CRISPR干扰技术消耗ITCH和UBE2N，发现ITCH的缺失导致SFTPC在细胞内积累并在质膜上重新定位，而UBE2N的缺失则没有这种影响。这表明ITCH在SFTPC的运输途径中起着重要作用。在ITCH耗尽后，流式细胞术检测到过量的全长SFTPC，可能反映了ITCH对SFTPC运输和内吞区室的深远影响。在ITCH缺陷（Itcha18H/a18H）小鼠模型中，观察到肺泡上皮细胞内proSFTPC的积累和分布改变，与运输到晚期隔室的失败一致。这些结果表明，SFTPC的细胞内运输需要由HECT结构域E3连接酶介导的K63泛素化，包括ITCH。抑制泛素化可以重现致病SFTPC-I73T变异的再分配，强化了这种翻译后修饰在维持AT2细胞健康中的重要性（图4）。
图4
小结
这项研究揭示了AT2细胞在维持肺部健康中的重要性，尤其是SFTPC的成熟机制。研究团队开发了一种新的人胎儿肺来源的肺泡类器官模型，这种模型不仅能够模拟AT2细胞的功能，还便于进行遗传操作。通过这一模型，科学家们发现E3泛素连接酶ITCH在SFTPC成熟中扮演了关键角色，缺乏ITCH会导致SFTPC在细胞表面堆积，从而引发ILD。这个发现不仅帮助我们更好地理解了肺部疾病的发病机制，还为开发新的治疗方法带来了希望。未来，科学家们可以利用这个“迷你肺”模型，进一步探索更多关于肺部健康的奥秘，为患有肺部疾病的人们带来新的希望。
参考文献
Lim K, Rutherford EN, Delpiano L, He P, Lin W, Sun D, Van den Boomen DJH, Edgar JR, Bang JH, Predeus A, Teichmann SA, Marioni JC, Matesic LE, Lee JH, Lehner PJ, Marciniak SJ, Rawlins EL, Dickens JA. A novel human fetal lung-derived alveolar organoid model reveals mechanisms of surfactant protein C maturation relevant to interstitial lung disease. EMBO J. 2025 Feb;44(3):639-664. doi: 10.1038/s44318-024-00328-6. Epub 2025 Jan 15. PMID: 39815007; PMCID: PMC11790967.
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来源：培养盒守护者