《SCIENCE ADVANCES》：Control of airway basal stem cell–mediated lung repair by TGF-β signaling
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本研究針對特發性肺纖維化（IPF）缺乏有效組織修復療法的難題，揭示了肺損傷微環境中TGF-β信號梯度對氣道基底干細胞（BCs）遷移、增殖和分化的關鍵調控作用。研究人員通過構建條件性基因敲除小鼠模型和開發Smad2/3靶向蛋白降解技術（PROTAC），證實阻斷TGF-β信號會導致BCs分化障礙和肺泡區域遷移受阻。創新性地設計了由TGF-β誘導表達抗纖維化蛋白BMP7的工程化干細胞（iBMP7-BCs），移植后顯著增強肺修復并降低纖維化。該研究為開發微環境響應型細胞療法提供了新思路。
在呼吸系統疾病領域，特發性肺纖維化（IPF）如同一道難以逾越的屏障，這種致命性疾病以進行性肺泡結構破壞和不可逆的肺組織纖維化為特征，患者診斷后生存期通常僅為3-5年。當前臨床治療手段只能有限延緩疾病進展，無法實現受損組織的修復與再生。在這一嚴峻挑戰面前，干細胞移植技術為肺上皮再生帶來了希望曙光，其中氣道基底干細胞（BCs）因其具有多向分化潛能而成為研究熱點。
以往研究表明，移植BCs治療IPF在臨床前研究和初步臨床試驗中顯示出安全性和一定療效，但治療效果參差不齊。一個核心科學問題懸而未決：肺損傷微環境如何調控BCs的修復功能？特別是著名的促纖維化因子TGF-β（轉化生長因子-β）在這一過程中扮演著什么角色？為了回答這一問題，研究人員在《SCIENCE ADVANCES》上發表了他們的最新發現。
主要技術方法
研究采用了多種關鍵技術：從IPF患者和健康供體分離培養人源BCs（hBCs）；構建博來霉素（BLM）誘導的小鼠肺纖維化模型；開發靶向Smad2/3的PROTAC降解劑進行功能缺失研究；創建Krt5CreERT2;Tgfbr2flox/flox和Krt5CreERT2;Smad4flox/flox條件性基因敲除小鼠模型；設計TGF-β誘導表達BMP7的基因工程干細胞（iBMP7-BCs）；應用空間轉錄組學和單細胞RNA測序進行微環境分析；通過免疫缺陷小鼠移植模型評估治療潛力。
TGF-β信號在纖維化肺中被激活
研究人員發現，纖維化肺的支氣管肺泡灌洗液（BALF）能激活hBCs中的TGF-β通路，顯著上調與趨化和遷移相關的基因。空間轉錄組分析顯示，TGF-β1/2/3在損傷肺組織中形成從氣道到損傷區域的濃度梯度。進一步分析表明，免疫細胞是TGF-β1的主要來源，而基底細胞高表達TGF-βI型受體（TGFBR1），對TGF-β信號尤為敏感。
通過PROTAC靶向降解hBCs中的Smad2/3蛋白
團隊創新性地設計了基于SARA蛋白SMAD結合域（SBD）的PROTAC降解劑，可特異性促進Smad2/3的泛素化降解。實驗證實，PROTAC處理能有效阻斷TGF-β/Smad信號通路，導致BCs增殖增強而遷移能力受損。移植實驗顯示，PROTAC-BCs在肺泡區域無法有效分化為表達claudin 4（CLDN4）的上皮細胞，難以形成完整的上皮屏障。
TGF-β信號調控氣道BC的分化和遷移
利用條件性基因敲除小鼠模型，研究人員證實刪除Tgfbr2或Smad4會導致BCs過度增殖，同時向club細胞和纖毛細胞的分化受損。更重要的是，突變小鼠中BCs向肺泡損傷區域的遷移被顯著抑制，伴隨基質金屬蛋白酶2（MMP2）表達下降，肺損傷修復能力減弱，小鼠生存率降低。
基因工程BCs響應TGF-β信號產生功能性BMP7
為解決BCs移植療效有限的問題，研究人員設計了由ACTA2啟動子控制的TGF-β誘導型BMP7表達系統（iBMP7）。實驗證明，iBMP7-BCs能在TGF-β刺激下特異性分泌BMP7，有效抑制肺成纖維細胞向肌成纖維細胞轉分化，降低α-SMA（α-平滑肌肌動蛋白）、COL1A1（I型膠原α1鏈）和FN1（纖連蛋白1）等纖維化標志物表達。
iBMP7-BCs展示增強的抗纖維化能力
動物實驗表明，移植iBMP7-BCs能顯著改善BLM誘導的肺纖維化。與對照組相比，iBMP7-BCs移植組肺纖維化面積、膠原沉積和纖維化相關基因表達均顯著降低，肺泡血管化程度提高，動脈血氧分壓和氧飽和度明顯改善。值得注意的是，iBMP7-BCs的BMP7表達隨時間可調控，與肺內TGF-β信號強度變化相一致。
研究結論與意義
該研究系統闡明了TGF-β信號通路在調控氣道基底干細胞肺修復功能中的核心作用：一方面抑制BCs過度增殖，促進其向成熟上皮細胞分化；另一方面引導BCs向損傷區域遷移并參與上皮屏障重建。研究創新性地提出了"雙重角色"理論——TGF-β在成纖維細胞中促進纖維化，而在上皮修復過程中卻發揮建設性作用。
更重要的是，研究團隊利用BCs對TGF-β信號的特異性響應，成功開發了微環境調控的智能細胞療法iBMP7-BCs。這種工程化干細胞能在纖維化區域自動啟動抗纖維化程序，而在健康區域保持靜默，實現了治療效應的時空特異性調控。
該研究不僅深化了對肺修復機制的理解，而且為開發下一代精準細胞療法提供了全新范式。相較于傳統TGF-β抑制策略可能影響上皮再生的風險，iBMP7-BCs療法實現了抗纖維化與促上皮再生的平衡，為IPF等難治性肺疾病治療開辟了新的路徑。未來研究需進一步評估工程化細胞的長時期安全性和持久性，推動這一創新策略向臨床轉化。
