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第十四课：条件性重编程小儿气管表皮细胞：研究早期生命呼吸道疾病的人体细胞模型

时间：2022-01-10 09:37:46 点击：977次

研究背景

气管表皮细胞是人体中气管和免疫反应的重要细胞交互界面。气管表皮细胞具有进化上保守的天然免疫受体能够控制病原微生物。在研究成人的哮喘建立基于表皮细胞因子的新颖疗法和生物标志物。但是，关于新生儿气管表皮细胞的研究极为稀少，其主要原因是缺乏显著扩增新生儿气管表皮细胞的生物学方法。虽然之前有报道能够通过体外培养新生儿呼吸道细胞的进行研究的案例，但是新生儿呼吸到采样及其困难，而且通过该方法培养的细胞不能有效大量扩增。因此，作者引进条件性重编程培养(CRC)体外扩增新生儿的呼吸道表皮细胞，并对其基本的免疫应答属性进行验证。

实验结果

一、条件性重编程细胞显著提高增殖能力

首先，作者按照图示的流程图对获取的新生儿鼻道表皮细胞进行体外条件性重编程培养或者正常的表皮细胞培养(图1A)。条件性重编程培养显著扩增细胞数量，但是当条件性重编程扩增的细胞转移至正常的表皮细胞培养条件下进行培养时，发现细胞增殖优势丧失(图1B)。

二、条件性重编程培养的人的鼻道表皮细胞具有更长的生命周期

在条件性重编程的环境中，作者比较了成人和新生儿鼻道表皮细胞发现两种细胞都具有显著的增殖优势(图2A)。并且与之前的报道相符，条件性重编程培养中添加的Rock抑制剂能够有效抑制Notch的信号通路(图2C)。条件性重编程培养的鼻道表皮细胞能够表达表皮细胞的表面标志物CK5(图2D)。此外，在条件性重编程的条件下进行培养时，细胞能够形成多层级结构(图2F)。

三、条件性重编程未成熟鼻道和支气管表皮细胞

作者将一月大小孩鼻道表皮样品进行体外重编程培养，发现细胞能够在该培养条件下进行有效扩增(图3A)。此外，作者从另外的新生儿个体获得支气管表皮细胞，通过比较这两个新生儿的呼吸道表皮细胞，作者发现两种新生儿的呼吸道表皮细胞都能够进行体外扩增(图3B)而且能够持续培养30天(图3C)。

四、条件性重编程细胞的先天抗病毒反应

呼吸道表皮细胞具有先天免疫反应的特性。因此，作者将体外条件性重编程培养的新生儿的呼吸道表皮细胞利用dsRNA类似物(poly I:C)刺激模拟病毒感染。通过条件性重编程培养的表皮细胞，作者发现dsRNA类似物刺激24h后表皮细胞诱导先天免疫反应的基因的表达和抗病毒基因的表达(图4)。所以，条件性重编程培养的表皮细胞保留表皮细胞特有的先天免疫反应特性。

五、条件性重编程细胞中干扰素信号的激活

先天免疫反应产生抗病毒反应过程中能够产生干扰素。作者通过检测条件性重编程培养的表皮细胞的干扰素诱导基因的表达，发现这些基因的在24h能够被有效诱导。而且干扰素的产生是从刺激后的8h开始分泌，24h显著提高(图5)。

六、条件性重编程细胞展现气管表皮的炎症和修复反应

作者在此的基础上，还检测了条件性重编程培养的新生儿的表皮细胞的呼吸道炎症反应基因和修复基因的表达情况。在dsRNA类似物刺激24h参与呼吸道炎症反应和修复相关的基因表达显著上升(图6)。

总结与讨论

前期关于呼吸道表皮细胞的研究主要集中于成人呼吸道表皮细胞的研究。然而关于新生儿呼吸到表皮细胞的研究极其缺少。其主要原因在于新生儿的呼吸道表皮细胞的样品获取难度大而且没有有效体外扩增的方法。借助条件性重编程技术，作者成功体外扩增新生儿的表皮细胞且能够在体外进行有效扩增长达30天之久。

更具有研究的意义的在于体外条件性重编程的新生儿呼吸道表皮细胞仍然保持其应有的先天免疫反应特性。在通过dsRNA模拟的病毒感染实验中检测到先天免疫反应的基因和干扰素及其下游基因的表达。

第十四课：条件性重编程小儿气管表皮细胞：研究早期生命呼吸道疾病的人体细胞模型

研究背景

实验结果

总结与讨论

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