《Nature》新型肺細胞——肺離子細胞

小鼠呼吸道單細胞分析結果揭示了肺部疾病最新分子細節，研究人員在呼吸道組織中發現了從未在科學文獻中出現過的罕見細胞類型，而這種細胞對囊性纖維化的生物進程起著關鍵作用！

利用新型單細胞測序技術，科學家研究了數千個體細胞的基因表達，全面分析了小鼠氣管，並在人體組織中驗證了這項結果。

MIT Broad研究所和麻省總醫院的研究人員根據基因表達模式發現了新細胞亞型，映射了細胞類型的物理位置，並創建了組織細胞「地圖（atlas）」。他們還開發了一種被稱為脈衝測序（pulse-seq）的新方法以監測小鼠氣管中細胞類型的祖細胞發育。這項工作拓展了肺相關生物學和臨床學研究，對氣管相關疾病，包括哮喘、慢性阻塞性肺疾病和支氣管炎具有廣泛影響。

Jayaraj Rajagopal是Broad研究所的副研究員，他和他實驗室的研究生Daniel Montoro、博後Adam Haber以及Broad研究所Klarman細胞瞭望台主任Aviv Regev等人在《Nature》發文報道了他們的最新發現。

「我們現在勾勒了一個描述肺部疾病的新細胞框架，」Rajagopal說。「我們揭示了功能相關細胞類型的整體分布，更重要的是，複雜肺疾病的基因信息如今可以與特定的細胞表徵信息統一起來。這些數據改變了我們對囊性纖維化和哮喘等肺病的認識。」

「利用單細胞測序技術將各種細胞類型映射到正確的組織位置，我們就會找到以前未曾發現的新細胞，即使這個領域已經研究了幾十年，」Regev說，他是世界衛生組織國際人類細胞地圖聯盟的聯合主席。「表徵這些細胞對理解組織內發生了什麼將產生新的影響。」

這種細胞非常罕見，在人類和小鼠組織細胞群中的構成不到1%，但它們與資料庫中其他已知細胞類型完全不同。研究人員將它們命名為「肺離子細胞（pulmonary ionocyte）」，因為它們的基因表達模式有點類似離子細胞，過去，這類細胞被認為是專門負責調節魚類腮和蛙類皮膚中離子遷移和水合作用的。

如圖所示：肺離子細胞（橘黃色）

令人意外的是，小鼠和人類組織中這類細胞表達的CFTR基因比其他任何細胞類型都高，如果該基因發生突變，就會導致人類囊性纖維化。CFTR對氣管的功能至關重要，幾十年來，研究學者和臨床醫生都知道，它們在纖毛細胞中存在低量表達。

根據最新數據，CFTR竟然一直「悄悄地」在特定類型的細胞中大量表達。

當研究人員破壞小鼠肺離子細胞的關鍵分子途徑時，他們觀察到了囊性纖維化的主要特徵，最顯著的是生成緻密的粘液。這一發現表明，這些細胞對氣管表面調節一定非常重要。

「起初，我們不太相信大多數CFTR表達都來自這些罕見的細胞，但是我的學生和博後研究員確實拿出了數據支持，」Rajagopal說。

這項研究對囊性纖維化治療將產生重要影響，例如用基因療法糾正CFTR突變，根據細胞地圖提供的定位信息靶向修復這些細胞。

過去，科學家們認為，哮喘與一種編碼鼻病毒感受器的基因聯繫在一起，如今，新數據顯示，哮喘與纖毛細胞表達的CFTR基因有關。另一種哮喘相關基因由毛簇細胞表達，而這些細胞實際上可以分為兩個組群：一組負責感知氣管中的化學物質，另一組製造炎症。結果表明，不同細胞可能負責哮喘的不同方面。

pulse-seq分析顯示，小鼠氣管中的成熟細胞來源於一個共同的祖細胞，基底細胞。他們還發現了一個前所未知的細胞結構，小丘（hillocks），它似乎是快速細胞周轉的一個獨特區域，其功能目前尚不清楚。

原文標題

A revised airway epithelial hierarchy includes CFTR-expressing ionocytes

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