Ученые только что обнаружили скрытый механизм самовосстановления легких

Вновь сформированные альвеолярные клетки 2-го типа (AT2) (красные) и клетки AT1 (зелёные) необходимы для восстановления лёгких. 

Исследователи из клиники Майо обнаружили молекулярный «переключатель» в клетках лёгких, который определяет, когда клетки концентрируются на восстановлении тканей, а когда переключаются на борьбу с инфекцией. Это важное открытие может проложить путь к регенеративной терапии хронических заболеваний лёгких.

«Мы были удивлены, обнаружив, что эти специализированные клетки не могут выполнять обе функции одновременно», — говорит Дуглас Браунфилд, доктор философии, старший автор исследования, опубликованного в журнале Nature Communications . «Одни занимаются восстановлением, в то время как другие сосредоточены на защите. Такое разделение функций крайне важно. И, обнаружив механизм, который им управляет, мы можем начать думать о том, как восстановить баланс, когда он нарушается при болезни».

Понимание того, как клетки легких восстанавливаются и защищаются

Исследование сосредоточено на альвеолярных клетках 2-го типа (AT2), которые уникальны тем, что одновременно защищают лёгкие и действуют как резервные стволовые клетки. Клетки AT2 вырабатывают белки, которые поддерживают крошечные воздушные мешочки открытыми для дыхания, а также регенерируют альвеолярные клетки 1-го типа (AT1) — тонкие, плоские клетки, выстилающие поверхность лёгких и обеспечивающие обмен кислорода.

Учёным давно известно, что клетки AT2 часто испытывают трудности с регенерацией при таких заболеваниях, как фиброз лёгких, хроническая обструктивная болезнь лёгких (ХОБЛ) и тяжёлые вирусные инфекции, такие как COVID-19. До сих пор оставалось неясным, как и почему эти клетки теряют способность к регенерации.

Картирование жизненного цикла клеток легких

Используя секвенирование отдельных клеток, передовые методы визуализации и доклинические модели повреждения лёгких, команда клиники Майо проследила «жизненный цикл» клеток AT2. Они обнаружили, что новые клетки AT2 сохраняют гибкость в течение примерно одной-двух недель после рождения, прежде чем окончательно принять свою специализированную идентичность.

Этот критический переход регулируется молекулярной цепью, включающей три ключевых регулятора: PRC2, C/EBPα и DLK1. Один из них, C/EBPα, действует как зажим, препятствующий поведению клеток подобно стволовым. Для регенерации после повреждения взрослые клетки AT2 должны снять этот зажим.

Почему инфекции замедляют восстановление легких

Этот же молекулярный переключатель также определяет, будут ли клетки AT2 восстанавливать поврежденную ткань или бороться с инфекцией. Эта двойная роль помогает объяснить, почему инфекции могут замедлять или блокировать выздоровление при хронических заболеваниях легких.

«Когда мы думаем о восстановлении лёгких, речь идёт не просто о том, чтобы всё включить, а о том, чтобы снять зажимы, которые обычно мешают этим клеткам действовать как стволовые», — говорит доктор Браунфилд. «Мы обнаружили один из таких зажимов и то, как он влияет на способность этих клеток к восстановлению».

Предотвращение отказа органов

Результаты исследования открывают новые возможности для регенеративной медицины. Например, препараты, регулирующие активность C/EBPα, могут помочь клеткам AT2 более эффективно восстанавливать лёгочную ткань или уменьшить рубцевание при таких состояниях, как лёгочный фиброз.

«Это исследование приближает нас к возможности усилить естественные механизмы восстановления легких, давая надежду на предотвращение или обращение вспять заболеваний, прогрессирование которых в настоящее время мы можем лишь замедлить», — говорит доктор Браунфилд.

Исследование также может помочь врачам выявлять ранние признаки заболевания, выявляя случаи, когда клетки AT2 застревают в одном состоянии и не способны к регенерации. Такое понимание может привести к созданию новых биомаркеров, позволяющих выявлять заболевания лёгких на самых ранних, наиболее поддающихся лечению стадиях.

Связь научных открытий с регенеративными инициативами клиники Майо

Эта работа согласуется с инициативой Precure клиники Майо, которая направлена на раннее выявление заболеваний, когда лечение может дать наибольший эффект, и предотвращение прогрессирования до возникновения органной недостаточности.

Проект также способствует развитию инициативы Genesis, направленной на предотвращение отказа органов и восстановление их функций с помощью регенеративной медицины. Опираясь на эти результаты, исследовательская группа в настоящее время тестирует способы снятия репрессивного зажима в человеческих клетках AT2, выращивает их в лабораторных условиях и изучает их потенциал для будущих клеточных методов лечения.

Источники:

---