肺泡是肺器官進行血氧交換的基本單位，由兩種肺泡上皮細(xì)胞組成：進行氣體交換的一型肺泡上皮細(xì)胞(alveolar type 1 epithelial cell , AT1)和分泌肺表面活性物質(zhì)的二型肺泡細(xì)胞（alveolar type 2 epithelial cell，AT2)。譜系追蹤研究證實AT2細(xì)胞為肺泡干細(xì)胞。在健康狀態(tài)下，肺泡上皮的更替速度極其緩慢；在肺泡上皮損傷造成肺呼吸功能缺失后，作為肺泡干細(xì)胞的AT2細(xì)胞能夠快速的增殖分化，并成為具有氣體交換功能的AT1細(xì)胞。最近幾年的研究著重于探索肺泡上皮譜系關(guān)系，對肺泡再生的過程中所涉及的分子機制了解較少。

        這項工作中，湯楠實驗室的研究人員建立了小鼠左肺全切除（Pneumonectomy, PNX）誘導(dǎo)的肺泡再生模型，利用肺泡干細(xì)胞譜系特異性的小鼠，標(biāo)記肺泡干細(xì)胞，在PNX模型下研究肺泡干細(xì)胞在肺泡損傷后的增殖及分化行為，及其中涉及的細(xì)胞和分子生物學(xué)機制。研究人員發(fā)現(xiàn)PNX手術(shù)后，AT2細(xì)胞會快速增殖并分化成為AT1細(xì)胞，形成新肺泡，修復(fù)肺呼吸功能。PNX后，起始肺泡再生的因素一直存在爭議。被提出的可能因素包括機械力引起的肺泡上皮擴張；肺組織缺失導(dǎo)致的肺內(nèi)血流速度增加；以及血管上皮釋放的可以作用于肺泡上皮的生長因子等。這項研究中，湯楠實驗室研究人員發(fā)現(xiàn)機械力引起的肺泡擴張對肺泡再生過程極為重要。研究人員將假體放入PNX后小鼠的左胸腔內(nèi)以阻斷肺切除后造成的機械力增加，發(fā)現(xiàn)機械力的降低會致肺再生程度降低，表現(xiàn)為AT2細(xì)胞增殖比率降低，肺泡數(shù)目和肺泡表面積的增加受到抑制。

        通過RNA-Seq分析肺切除后肺泡干細(xì)胞中基因的變化情況，研究人員發(fā)現(xiàn)YAP信號通路下游基因在PNX后表達(dá)量升高。YAP在肺切除后的AT2細(xì)胞中激活，而在沒有經(jīng)過PNX，以及PNX后加入假體阻斷的小鼠AT2細(xì)胞中沒有出現(xiàn)YAP核內(nèi)富集或YAP下游靶基因的表達(dá)升高，表明機械力對YAP信號通路在肺泡干細(xì)胞中的激活非常重要。將Yap基因特異性在AT2細(xì)胞中敲除，出現(xiàn)PNX后肺泡再生減弱，該表型與假體阻斷肺泡再生一致。

        MAP kinases被報道在機械力作用下活化，研究人員發(fā)現(xiàn)在PNX后肺組織中，體外培養(yǎng)的經(jīng)過等軸牽張的原代AT2細(xì)胞，激活F-actin的A549細(xì)胞株中，p-MEK, p-p38以及p-JNK的表達(dá)水平都會升高。利用小分子抑制劑，體內(nèi)或體外抑制p-MEK, p-p38以及p-JNK的活性后發(fā)現(xiàn)：YAP核內(nèi)表達(dá)的降低，AT2細(xì)胞增殖率下降，肺泡再生減弱。Cdc42是一種Rho-GTPase，被廣泛報道能夠調(diào)節(jié)F-actin的聚合過程。研究人員在AT2細(xì)胞中特異性的敲除Cdc42后，導(dǎo)致F-actin/MAPK/ YAP信號通路的激活受阻，肺泡再生程度下降。Cdc42控制YAP入核的機制也曾在腎臟中被發(fā)現(xiàn)，這指示我們所研究的Cdc42/F-actin/MAPK/YAP級聯(lián)信號調(diào)節(jié)方式可能是一種普適性的調(diào)節(jié)機制。

       來自北京大學(xué)-清華大學(xué)-北京生命科學(xué)研究所聯(lián)合培養(yǎng)項目的研究生劉哲為本文的第一作者；來自北京大學(xué)-清華大學(xué)-北京生命科學(xué)研究所聯(lián)合培養(yǎng)項目的研究生武慧娟，北京生命科學(xué)研究所和北京師范大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)學(xué)生姜克武也對本文有重要貢獻；湯楠博士為本文通訊作者。該研究由科技部973項目資助，在北京生命科學(xué)研究所完成。