由Shimpei Gotoh教授(临床应用系)领导的一项研究，介绍了一种新的培养方法来产生适合中通量和高通量筛选的肺泡类器官，并确定了几种对AT1细胞分化具有协同作用的化学物质。这项研究发表在《干细胞报告》杂志上。

肺泡是肺发生气体交换的功能单位，主要由肺泡1型和2型上皮细胞(分别为AT1和AT2细胞)组成。除了产生肺表面活性剂外，AT2细胞是立方体组织干细胞，维持肺泡内稳态，并通过自我更新和分化为AT1细胞来调节损伤后的再生过程。

相比之下，AT1细胞是薄而扁平的细胞，形成肺泡表面的大部分，介导氧气和二氧化碳的交换。目前对AT1细胞从AT2细胞分化的信号机制的了解主要是基于小鼠研究，尚不清楚在调节过程中是否存在物种差异。

此外，尽管研究传统上使用人类原代AT2细胞，但其有限的供应阻碍了这一研究领域的进展。另外，人类iPS细胞是研究肺泡上皮细胞分化的有价值的起始材料。

Gotoh实验室之前已经建立了诱导方案，从iPS细胞中产生AT2细胞，并从患者来源的iPS细胞中产生肺泡类器官，用于疾病建模。然而，这种类器官并不是筛选程序的最佳选择，因为它们需要大量的细胞数量，并且完全嵌入Matrigel(一种类似于细胞外环境的细胞培养基质)中。

在本研究中，研究人员建立了一种新的双报告细胞iPS细胞系，监测AT1细胞的分化，并建立了一种新的“on-gel”方法，通过在96孔板的Matrigel上播种iPS细胞衍生的肺祖细胞或AT2细胞来培养肺泡类器官。

虽然使用该方法的其他AT2标记物也显示出类似的表达，但所得球体中的AT2细胞明显表达的表面活性剂蛋白C水平高于使用先前建立的方法产生的肺泡类器官。相反，在“凝胶上”球体中检测到多个AT1细胞标记物的水平较低，表明它们不存在或不成熟。

虽然检测到AT1细胞标记阳性的细胞，但转录组学分析证实，这些“凝胶上”球体的at2优势成分更多。此外，球状AT2细胞表现出与功能性AT2细胞相似的结构特征。

总之，这些观察结果表明，新的“on-gel”培养方法需要少量细胞产生并且易于处理，是筛选AT1分化潜在诱导剂的最佳方法。

作为原理验证，研究小组使用他们新开发的“on-gel”方法培养的肺祖细胞对274种化合物进行了中等通量的化学筛选，发现15种化学物质显著增加了AT1细胞特异性报告基因的水平。

接下来，他们通过检测这些候选化合物增强AT1细胞特异性基因AGER、CLIC5和CAV1表达的能力来验证这些候选化合物。

其中被称为LATS1/2和ROCK2抑制剂的LATS-IN-1和ROCK-IN-2分别显著升高了这些AT1标记基因。除了发现LATS1/2抑制通过激活YAP/TAZ信号通路促进AT1分化外，研究人员还发现ROCK-IN-2诱导YAP/TAZ相关基因表达。然而，这两种候选化合物都使球状体聚集并促进增殖，这与AT1细胞(即扁平和薄的静止细胞)的特性相反。

他们还测试了其他不促进AT1分化的ROCK2抑制剂，这表明ROCK-IN-2诱导AT1分化的能力可能归因于对YAP/TAZ通路的脱靶效应。

另外四种候选化合物显示出对AT1标记基因表达的中间作用，因此测试了与LATS-IN-1联合激活YAP/TAZ信号的协同作用。值得注意的是，BAY1125976(一种变构AKT抑制剂)与LATS-IN-1联合可协同增强AT1基因的表达。

在验证过程中，研究人员还观察到LATS-IN-1与另外两种PI3K/AKT抑制剂Alpelisib和AZD6482之间的协同效应。

当独立的人类iPS细胞系或原代AT2细胞用相同的化学组合处理时，也观察到类似的结果。通过额外的转录组学、形态学和功能分析，研究人员一致发现LATS-IN-1和BAY1125976的共同作用可促进细胞向AT1细胞样表型转变。

通过生成一种新的双报告细胞iPS细胞系来监测AT1分化，并建立与高通量筛选兼容的新型“凝胶上”球形培养方法，这项最近的工作已经确定了YAP/TAZ和AKT信号通路的化学调节剂作为AT1细胞分化的有效诱导剂组合。

由于有可能将“凝胶上”球形培养物用于高通量化学或基于CRISPR/ cas的遗传筛选，本研究中开发的创新将有助于推动再生肺医学的下一个突破。