ShimpeiGotoh教授(临床应用系)领导的一项研究引入了一种新的培养方法来生成适合中和高通量筛选的肺泡类器官，并确定了几种对AT1细胞分化具有协同作用的化学物质。该工作发表在《干细胞报告》杂志上。
肺泡是肺部进行气体交换的功能单位，主要由肺泡1型和2型上皮细胞(分别为AT1和AT2细胞)组成。除了产生肺表面活性物质外，AT2细胞是立方体组织干细胞，可通过自我更新和分化为AT1细胞来维持肺泡稳态并调节损伤后的再生过程。
相比之下，AT1细胞是薄而扁平的细胞，形成大部分肺泡表面，介导氧气和二氧化碳的交换。目前对AT1与AT2细胞分化的信号机制的了解主要基于小鼠研究，尚不清楚调控过程是否存在物种差异。
此外，尽管研究传统上使用人类原代AT2细胞，但其供应有限阻碍了该研究领域的进展。或者，人iPS细胞是研究肺泡上皮细胞分化的有价值的起始材料。
Gotoh实验室此前已建立诱导方案，从iPS细胞生成AT2细胞，并从患者来源的iPS细胞创建肺泡类器官，用于疾病建模。然而，此类类器官并不是筛选程序的最佳选择，因为它们需要大量细胞，并且完全嵌入基质胶(一种类似于细胞外环境的细胞培养基质)中。
在本研究中，研究人员产生了一种新型双报告iPS细胞系，可监测AT1细胞分化，并衍生出一种新的“凝胶上”方法，通过将iPS细胞衍生的肺祖细胞或AT2细胞接种在基质胶上，在96中培养肺泡类器官。-孔板。
虽然其他AT2标记物使用此方法显示出类似的表达，但所得球体中的AT2细胞明显表达比使用先前建立的方案生成的肺泡类器官更高水平的表面活性剂蛋白C。相反，在“凝胶上”球体中检测到多种AT1细胞标记物的水平较低，表明它们不存在或不成熟。
尽管检测到AT1细胞标记物呈阳性的细胞，但转录组分析证实这些“凝胶上”球体的成分以AT2为主。此外，球状AT2细胞表现出类似于功能性AT2细胞的结构特征。
总而言之，这些观察结果表明，新的“凝胶上”培养方法需要生成少量细胞并且更容易操作，是鉴定AT1分化潜在诱导剂的筛选程序的最佳选择。
作为原理验证，研究小组使用新开发的“凝胶”方法培养的肺祖细胞对274种化合物进行了中等通量化学筛选，发现15种化学物质显着提高了AT1细胞的水平——具体记者。
接下来，他们通过检查这些候选化合物增强AT1细胞特异性基因AGER、CLIC5和CAV1表达的能力来验证这些候选化合物。
其中，LATS-IN-1和ROCK-IN-2分别被称为LATS1/2和ROCK2的抑制剂，可显着升高这些AT1标记基因。除了发现LATS1/2抑制通过激活YAP/TAZ信号传导促进AT1分化外，研究人员还发现ROCK-IN-2可以诱导YAP/TAZ相关基因表达。然而，两种候选化合物都会使球体聚集并促进增殖，其特性与AT1细胞(即扁平且薄的静止细胞)相反。
他们还测试了其他ROCK2抑制剂，这些抑制剂不会促进AT1分化，这表明ROCK-IN-2诱导AT1分化的能力可能归因于对YAP/TAZ通路的脱靶效应。
其他四种候选化合物表现出对AT1标记基因表达的中间效应，因此测试了与LATS-IN-1组合激活YAP/TAZ信号传导的协同效应。值得注意的是，BAY1125976(一种变构AKT抑制剂)与LATS-IN-1联合使用时可协同增强AT1基因表达。
在验证过程中，研究人员还观察到LATS-IN-1与其他两种PI3K/AKT抑制剂Alpelisib和AZD6482之间的协同作用。
当用相同的化学组合处理独立的人iPS细胞系或原代AT2细胞时，观察到类似的结果。通过额外的转录组学、形态学和功能分析，研究人员一致发现LATS-IN-1和BAY1125976的共同治疗可促进细胞向AT1细胞样表型转变。
通过生成新的双报告iPS细胞系来监测AT1分化，并建立与高通量筛选兼容的新型“凝胶”球体培养方法，这项最近的工作已确定YAP/TAZ和AKT信号通路的化学调节剂是一种有效的化学调节剂。AT1细胞分化的诱导剂混合物。
由于可以将“凝胶上”球体培养物用于高通量化学或基于CRISPR/Cas的遗传筛选，这项研究中开发的创新将有助于推动再生肺医学的下一个突破。
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