揭秘肺修复关键机制：YAP/TAZ 调控 PDGFRα+成纤维细胞影响肺泡再生

时间：2025年5月7日

来源：Cell Reports

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本文聚焦肺脏研究，发现 YAP/TAZ 在表达血小板衍生生长因子受体 α（PDGFRα）的肺泡成纤维细胞中，通过 Wnt4 调节肺泡上皮干细胞增殖。该研究揭示了肺修复新机制，为肺疾病（如特发性肺纤维化）治疗提供潜在新靶点。

研究背景

成年器官的稳态维持依赖于多种细胞间的复杂相互作用，在肺脏中，肺泡微环境由多种细胞组成，其中肺泡 2 型（AT2）细胞能分泌表面活性蛋白并作为祖细胞，在肺损伤修复中发挥重要作用。Hippo 通路是一条保守的信号通路，其转录效应因子 Yes 相关蛋白 1（YAP）和含 WW 结构域的转录调节因子 1（TAZ）在器官发育和稳态维持中起关键作用。在肺脏中，YAP/TAZ 对肺发育、损伤修复至关重要，但它们在肺成纤维细胞中的调节作用尚不清楚。鉴于肺泡成纤维细胞与 AT2 细胞紧密相邻，研究二者之间的相互作用机制意义重大。

实验设计

构建小鼠模型：研究人员构建了可诱导 YAP/TAZ 基因敲低（KD）的 Tet-on 小鼠模型，将靶向 YAP 和 TAZ 的短发夹 RNA（shRNA）插入到 Col1a1 基因座下游，其表达受四环素响应元件（TRE）启动子调控，并串联绿色荧光蛋白（tGFP）报告基因。通过与 CAG-rtTA3 小鼠杂交，实现 YAP/TAZ 在多种细胞类型中的可诱导表达；与 PDGFRα-CreERT2、ROSA26-Loxp-Stop-Loxp（LSL）-rtTA3 和 tdTomato 报告基因小鼠杂交，实现 PDGFRα⁺成纤维细胞中 YAP/TAZ 的特异性敲低。
实验分组：在体外实验中，分离 LysoTracker⁺ AT2 细胞和 PDGFRα⁺肺泡成纤维细胞，进行不同组合的共培养实验，包括对照组（control）、AT2 细胞 YAP/TAZ 敲低组（AT2^Y/T-KD）、成纤维细胞 YAP/TAZ 敲低组（Fibroblast^Y/T-KD）和全局 YAP/TAZ 敲低组（Global^Y/T-KD）。在体内实验中，设置了对照组（给予生理盐水）、对照组（给予博来霉素）、PDGFRα^Y/T-KD组（给予生理盐水）和 PDGFRα^Y/T-KD组（给予博来霉素）。
实验处理与检测：体外共培养实验中，在不同时间点添加多西环素诱导 shRNA 表达，进行肺泡球形成实验，通过成像、免疫荧光、定量 PCR（qPCR）等方法检测基因表达、细胞增殖和分化情况。体内实验中，对小鼠进行腹腔注射他莫昔芬、气管内滴注博来霉素和饮用含多西环素的水等处理，通过免疫荧光、流式细胞术（FACS）、qPCR、组织学染色等方法检测基因表达、细胞增殖、纤维化程度等指标。

实验结果

YAP/TAZ 信号调节成纤维细胞肺泡微环境：体外实验表明，成纤维细胞特异性 YAP/TAZ 敲低可促进共培养的 AT2 细胞相关标记物（如 SPC、Hopx 和 Krt8）表达增加，上皮细胞集落形成效率提高约 2 倍，而 AT2 细胞或全局 YAP/TAZ 敲低则导致这些标记物表达下降和肺泡球数量减少。这表明 YAP/TAZ 在肺泡成纤维细胞中的活性调节其与 AT2 细胞的相互作用和相关微环境功能。
YAP/TAZ 信号调节肺成纤维细胞状态：通过单细胞多组学分析（ATAC 和 RNA 测序）发现，成纤维细胞 YAP/TAZ 敲低后，成纤维细胞亚群发生显著变化，肌成纤维细胞样簇减少，增殖性成纤维细胞和炎性成纤维细胞比例降低，同时出现 Mmp9⁺成纤维细胞簇。这说明 YAP/TAZ 内在地调节成纤维细胞的身份，影响其支持 AT2 细胞存活和增殖的能力。
单细胞染色质可及性和转录组分析预测 Wnt 信号上调：利用 chromVar 分析发现，成纤维细胞 YAP/TAZ 敲低后，上皮细胞中 NKX 基序的可及性富集，TCF/LEF 活性评分增加；Mmp9⁺成纤维细胞中 RUNX 基序得分显著增加。基因集富集分析（GSEA）显示，Myc 靶点是上皮细胞中最显著激活的基因集，提示 Wnt 信号通路的上调。进一步研究发现，Wnt4 在 Mmp9⁺成纤维细胞中高度富集，且通过 CellChat 分析预测其可通过特定信号通路与上皮细胞进行通讯。
体内成纤维细胞 YAP/TAZ 敲低验证：体内实验证实，YAP/TAZ-shRNA 在 PDGFRα⁺成纤维细胞中特异性高效表达。PDGFRα^Y/T-KD小鼠在博来霉素损伤后，肺组织中 Wnt4 表达上调，表达 Wnt4 的细胞数量和每个细胞的转录本数量均增加。同时，SPC⁺ AT2 细胞比例在损伤后的 PDGFRα^Y/T-KD小鼠肺纤维化区域显著增加，且增殖性 SPC⁺ AT2 细胞增多，这些细胞与 YAP/TAZ-shRNA-tGFP⁺成纤维细胞距离更近。
YAP/TAZ 敲低成纤维细胞中 Wnt4 促进上皮细胞 Wnt 信号增强：体外实验中，抑制 Wnt 分泌或敲除 Wnt4 可削弱 AT2 细胞来源的肺泡球形成，敲除 Fzd6 可部分阻断 Wnt4 信号传导，导致肺泡球数量和大小减少。这表明 Wnt4 是 YAP/TAZ 调节成纤维细胞与上皮细胞信号传导的关键介质，部分通过 Fzd6 促进 AT2 细胞增殖。

研究讨论

研究结论：本研究表明，肺 PDGFRα⁺肺泡成纤维细胞中 YAP/TAZ 信号缺失会导致表达 Wnt4 的成纤维细胞亚群出现，进而促进邻近 AT2 祖细胞的增殖。这揭示了成纤维细胞 - 上皮细胞相互作用的新机制，强调了 YAP/TAZ 在维持肺泡稳态和促进组织修复中的重要作用。
与以往研究的关联：以往研究表明 Wnt 信号对 AT2 细胞维持至关重要，本研究首次证明 Wnt4 在成年小鼠肺损伤后启动上皮细胞增殖的作用，且发现 YAP/TAZ - 依赖性的成纤维细胞来源的 Wnt4 在这一过程中起关键作用。同时，研究还发现成纤维细胞中 RUNX 基序增加，提示 YAP/TAZ 活性降低可能促使成纤维细胞转变为有助于修复的过渡表型；上皮细胞中 NKX 和 TEAD 基序的变化，表明 Wnt4 分泌有助于维持远端上皮祖细胞并影响 AT2 细胞的分化潜能。
研究局限性与展望：研究在鉴定成纤维细胞亚群时存在困难，可能与细胞预处理和培养方式有关。未来研究可分析新鲜分离的小鼠肺细胞，以更好地确定成纤维细胞亚群与体内真实情况的关联。此外，恢复成纤维细胞特异性 YAP/TAZ 和 Wnt4 至内源性水平，有助于明确其对 AT1 细胞分化和损伤修复的影响，为肺疾病治疗提供更有价值的信息。