发现肺纤维化发病的中心机制，特发性肺纤维化的治疗之光

理化学研究所（理研）生命机能科学研究中心呼吸器形成研究队的榎本泰典研究员（研究当时）（现客座研究员、浜松医科大学再生·感染病理学讲座助教）、森本充组长、神户大学医学部附属医院呼吸器内科的永野达也讲师等共同研究小组使用被称为肺泡有机质培养的新细胞培养技术，在培养皿上再现了迷你肺泡，成功地阐明了肺纤维化发病的最初期现象。

本研究成果，是肺纤维化的代表疾病，对缺乏有效的治疗方法的难治性的特发性肺纤维化（IPF）的病情阐明，新的治疗药的开发贡献的东西被期待。

特发性肺纤维化是肺泡壁变厚变硬（纤维化），进展的话呼吸功能降低，危及生命。

此次，共同研究小组，在试验管内应用制作与实际的内脏器官非常相似的三维组织的培养技术制作人及小鼠的肺泡有机质，成功地再现了肺的纤维化。纤维化的肺泡有机质的详细分析表明，Ⅱ型肺泡上皮细胞这一肺泡上皮中的组织干细胞在肺纤维化的发病中起着中心作用，以该细胞老化为契机，向纤维化诱导性的特殊细胞状态变化。成为纤维化诱导性的Ⅱ型肺泡上皮细胞是TGFβ在周围分泌一种称为维化诱导物质β的作用成为积极反馈，明确了诱导IPF特有的非炎症性的纤维化。

本研究刊登在在线科学杂志《Nature Communications》（8月31日）上。

背景

承担肺的气体交换功能的肺泡，由覆盖表面的肺泡上皮细胞和填补组织之间的肺成纤维细胞等构成。肺纤维化是由于某种原因肺成纤维细胞分化为肌成纤维细胞，胶原等异常蛋白质积蓄，肺泡壁变厚变硬（纤维化）的疾病。这种病情发展的话呼吸功能会下降，与生命有关。特发性肺纤维化（IPF）是肺纤维化的代表性疾病，由于原因不明难以治疗，生命预后差，在日本也被指定为难病。

肺泡的上皮细胞有Ⅰ型和Ⅱ型两种类型，Ⅱ型肺泡上皮细胞也作为组织干细胞发挥作用。肺泡受伤后Ⅱ型肺泡上皮细胞增殖补充自身，再分化为Ⅰ型肺泡上皮细胞，肺泡再生。从最近的研究来看，IPF的发病与Ⅱ型肺泡上皮细胞的障碍和从肺成纤维细胞分化的肌成纤维细胞的增殖有关。但是到目前为止，将Ⅱ型肺泡上皮细胞的障碍和肌成纤维细胞的分化直接联系起来的见解还不充分。

另外，一般来说，各种各样的内脏器官的纤维化的诱导与炎症有关，不过，IPF的肺炎症所见缺乏，实际对IPF患者进行抑制炎症的治疗也不有效。也就是说，暗示了不依赖炎症的纤维化进程的存在。

因此，共同研究小组从小鼠及人肺的活组织中只取出Ⅱ型肺泡上皮细胞，通过在试管内培养来重建肺泡组织，挑战阐明IPF特有的不依赖炎症的纤维化进程。

研究方法成果

共同研究小组首先调查了肺纤维化是如何进行的。向小鼠气管内投用诱导肺纤维化的药剂，诱导肺纤维化，对生物体的肺纤维化发病过程进行了历时性评价，结果确认：1）Ⅱ型肺泡上皮细胞的DNA损伤，2）炎症，3）肌成纤维细胞的诱导，4）纤维化发生。

其次，为了验证在不产生炎症的环境中是否也能诱导纤维化，从生物体中分离出引起炎症的免疫细胞以外的肺组织，在试验管内进行了使布霉素作用的实验。在这种情况下，也发现了肌成纤维细胞的诱导，显示了纤维化过程中炎症不是必须的可能性。

因此，为了在细胞水平、分子水平上更详细地评价肺纤维化，研究人员决定用流式细胞仪的方法只取出小鼠Ⅱ型肺泡上皮细胞，通过三维培养其，制作肺泡有机质，调查其与肺成纤维细胞的相互作用。

通过使用流式细胞仪从小鼠肺部取出Ⅱ型肺泡上皮细胞并对其进行三维培养，形成了如右的球体肺泡有机质（直径约2mm）。

通过在肺泡有机质上作用布霉素诱导DNA损伤，之后共同培养肺成纤维细胞，对向肌成纤维细胞的分化进行实时成像。通过结合红色荧光蛋白的报道基因的表达来监测向肌成纤维细胞的分化。

其次，为了明确受到DNA损伤的Ⅱ型肺泡上皮细胞获得纤维化诱导能力的过程，网罗性地分析了肺泡类固醇中表达的基因。结果显示，服用布霉素受到DNA损伤的有机质中，细胞老化的代表性信号p53信号增高。因此，用提高p53信号的药剂处理肺泡有机质后，观察到即使不投用布霉素，周围的肺成纤维细胞也能被肌成纤维细胞诱导。这表明，接受p53信号分泌的因子与纤维化的诱导有关。

对p53信号和肺泡有机质的关系进行了更详细的调查，结果显示，Ⅱ型肺泡上皮细胞中p53信号增高后，细胞状态发生了变化，与被称为“AT2-AT1迁移样状态”的细胞分化的中间状态相当，与暂时表达细胞老化特征性基因的细胞非常相似。进入该细胞状态后，统称为SASP（Senescence-Asociated Secretory Phenotype：细胞老化相关分泌现象）的现象会分泌老化细胞的特征蛋白质。因此，从SASP的蛋白质组中探索了诱导肌成纤维细胞的因子，结果发现TGFβ中所述修改相应参数的值。Ⅱ型肺泡上皮细胞向周围分泌的TGFβ作为自动机[11]也作用于Ⅱ型肺泡上皮细胞自身，TGFβ的表达和活性化，所谓的正反馈现象发生了。另外，Ⅱ型肺泡上皮细胞变为“AT2-AT1迁移样状态”时，TGFβⅡ型肺泡上皮细胞中TGFβ的积极反馈才是不依赖炎症的肺纤维化的中心机制。

受到DNA损伤的Ⅱ型肺泡上皮细胞中，p53信号增高，发生细胞老化。由此Ⅱ型肺泡上皮细胞变为纤维化诱导性状态，TGFβ分泌。TGFβ在使周围肺成纤维细胞分化为肌成纤维细胞的同时，还作用于分泌源Ⅱ型肺泡上皮细胞自身，进一步提高其纤维化诱导能力。

最后，为了验证这些现象在人的肺中是否也能看到，从接受切除手术的人肺组织中取出Ⅱ型肺泡上皮细胞，进行了使用有机物的同样的实验。结果，即使在使用人肺细胞的情况下，TGFβ的积极反馈，确认了不依赖炎症的肌成纤维细胞的诱导。

今后的期待

对于IPF被认可的治疗药剂，到2023年为止只有2种，其效果也遗憾地停留在抑制疾病进展上。这些药剂以肺成纤维细胞及肌成纤维细胞为主要治疗靶点，但共同研究小组在肺纤维化有机质模型中重新验证后，仍然无法抑制肌成纤维细胞的诱导。

根据本次研究，Ⅱ型肺泡上皮细胞的TGFβ积极反馈的成立是肺纤维化的中心机制。这显示了上皮在IPF病态形成中的重要性和对此进行治疗的可能性，有望为IPF探索新的治疗药物做出贡献。

打赏