2025年2月，来自同济大学医学院左为教授团队联合附属东方医院郭忠良教授团队在顶级期刊Nature Communications（IF 15.7）发表题为“Cloned airway basal progenitor cells to repair fibrotic lung through re-epithelialization”的研究成果，该研究成果基于气道基底层来源的肺前体细胞，以实现受损肺组织的功能性修复，为IPF患者干细胞治疗提供了理论基础。

研究背景

特发性肺纤维化（Idiopathic Pulmonary Fibrosis，IPF）是一种以肺气体交换功能进行性下降为特征的严重呼吸系统疾病，患者的肺部通常表现为肺泡上皮细胞缺失伴随肺泡结构塌陷，因此受损上皮组织的修复被广泛认为是IPF治疗的关键环节。

研究思路

研究人员首先对人和小鼠进行了研究，从支气管刷检样本中，利用特定的自动化细胞培养系统，成功克隆出气道基底前体细胞，采用Bulk转录组测序、细胞移植、高分辨率空间转录组学、病理学分析、单细胞转录组学（由诺禾致源提供技术服务）等多种技术方法，精细分析细胞在不同阶段的物理位置迁移及基因表达变化，揭示了P63+气道基底层来源肺前体细胞在肺泡区域内的分化命运和修复功能。

研究团队进一步从其他哺乳动物（犬、猪、山羊）和鸟类（鸽子）肺脏中克隆了P63+肺前体细胞，发现多物种来源的前体细胞同样能够在小鼠肺内再生气囊结构，首次构建了鸟类和哺乳动物的嵌合体。

研究流程图

关键结果

1.从患者肺部相对健康区域克隆气道基底前体细胞

图1 气道基底前体细胞克隆明场图（左）及气道基底前体细胞克隆免疫荧光染色图（右）

研究人员从健康供体和多种肺部疾病患者相对健康肺组织区域克隆气道基底前体细胞，通过Bulk转录组分析发现，健康供体和患者来源的细胞在转录组水平上总体差异不显著，但存在一定异质性。

2.移植细胞形成囊状结构

图2 移植的人类气道基底祖细胞成功使受损小鼠肺部重新上皮化

研究团队把克隆的人源肺前体细胞进行GFP标记后，移植到肺纤维化模型小鼠的受损肺部，探究其时空动态分化特征。在移植8天后，在小鼠肺脏受损的肺泡区域观察到大面积外源性人源细胞的整合，并且这些定植的细胞呈现出立方体的豆荚样结构。在移植35天后，定植的细胞发生了显著的转变，呈现出扁平的形态，并在肺泡区域形成肺泡样的气囊样结构；通过3D重构对定植细胞的空间位置进行解析，研究团队发现，移植的前体细胞形成的气囊在结构上与小鼠支气管相连，形成了功能性新生气道。上述结果表明，移植的人源肺前体细胞可以大面积定植在肺脏受损的肺泡区域，有效地使受损的肺泡区域功能性再上皮化。

3.通过单细胞转录组分析绘制移植人气道基底前体细胞的命运图谱

图3 人类气道基底前体细胞的体内命运图谱

研究团队分别将移植8天和移植35天的细胞通过流式细胞术进行分选，并对分选得到的细胞进行单细胞转录组测序，结果显示移植的人肺前体细胞在小鼠体内随时间进程逐渐丧失了P63的表达，进而在气道区域可以分化形成Club细胞和纤毛细胞，而在肺泡区域分化形成表达CLDN4等紧密连接蛋白的气囊细胞，重建上皮屏障。肺泡区域内一小部分细胞可以进一步分化为CLIC5+/AQP5+双阳性细胞，表达紧密连接蛋白CLDN3。

4.克隆其他哺乳动物和鸟类的气道基底前体细胞进行异体移植

图4 从其他哺乳动物和鸟类中克隆P63+气道细胞用于异种移植

研究团队从其他哺乳动物（犬、猪、山羊）和鸟类（鸽子）肺脏中克隆了P63+肺前体细胞。这些多物种来源的前体细胞同样能够在小鼠肺内再生气囊结构，并且与这些物种天然的肺泡结构具有高度相似性。通过这种方式，研究团队在人类历史上首次构建了鸟类和哺乳动物的嵌合体。上述研究表明，基于肺前体细胞的肺再上皮化过程可能是四足动物进化过程中的一种保守机制。研究团队还发现山羊的肺前体细胞具备异常强大的肺泡再上皮化修复能力，可以完全“治愈”肺纤维化的小鼠。这些数据为异种肺前体细胞移植的研究奠定了坚实基础。

文章总结

综上，该研究首次揭示了P63+气道基底层来源肺前体细胞在肺泡区域内的分化命运和修复功能，移植的前体细胞通过分化为表达紧密连接的气囊结构，重新建立上皮屏障。这种再上皮化能够作为一种“创可贴”修复手段，促进肺部再生和修复，为结构损伤性重大呼吸系统疾病的干细胞治疗提供坚实的理论基础。目前，已有团队正在开展基于P63+肺前体细胞新药（REGEND001）的全国多中心临床研究，并已成功完成针对相关适应证的探索, 包括慢性阻塞性肺疾病、支气管扩张症和IPF。