2022年5月23日，中国农业大学生物学院邢怡明团队在Frontiers in Cell and Developmental Biology在线发表了题为“Activation of PI3K/p110α in the Lung Mesenchyme Affects Branching Morphogenesis and Club Cell Differentiation”的研究论文。

上皮-间充质相互作用是发育中肺正常生长、形态发生模式和细胞分化所必需的。磷酸肌醇-3-激酶（PI3K）信号传导在疾病发病机制中起重要作用，但在胚胎发育中基本上没有表征。在这项研究中，使用了Dermo1-Cre小鼠在胚胎肺间充质中激活PI3K催化酶的特异性催化亚基IA p110α（p110α）。p110α的活化促进了近端和远端气道的分支形态发生并阻断了Club细胞分化。在机制上，发现LIM同源结构基因Islet-1（Isl1），Fgf10和Sox9是p110α的下游靶标。Isl1，Fgf10和Sox9的表达显著增加导致突变肺中分支的增多。p110α介导的信号传导的激活也增加了Pten和Hes1的表达，反过来又阻止了发育后期Club细胞分化。因此，PI3K / p110α调节的上皮-间充质相互作用的信号通路可能涉及Isl1-Fgf10-Sox9和Pten-Hes1信号网络，从而分别调节肺早期形态发生和后期Club细胞分化。

PI3K信号传导的选择基于它在组织发育中产生的各种结果，包括增殖，运动，生长，存活和细胞死亡。小鼠肺作为哺乳动物肺主要的研究模型，因为它由数百万个气道分支和40多个不同的特殊细胞品种组成。研究发现p110α的中胚层活化导致肺形态发生异常，其特征在于E12.5肺中分支和细胞增殖增加。随着发育的进展，这些表型在E12.5和后期进化成增大的肺。

为了研究间充质细胞在胚胎后期分化的潜在影响，本文检查了E17.5肺中间充质细胞标志基因α-SM在突变鼠中的表达保持不变，表明间充质细胞分化不受影响。在小鼠肺中，气道上皮主要的分化细胞类型包括气道中的Club细胞、纤毛细胞和神经内分泌细胞，以及肺泡中的I型和II型细胞。研究发现与对照气道相比，间充质激活P110a使Club细胞数量显着减少。有研究表明，肺上皮细胞中Pten的缺失增加了俱乐部细胞的数量，Hes1决定了Club细胞分化。与Club细胞数量的减少一致，突变小鼠Pten的表达显著上调，而Hes1表达降低。Club细胞数量的改变可能是由于上皮中PTEN表达增加。与对照肺相比，突变肺中肺泡I型和II型细胞标志物T1α和SPC的表达没有改变。因此，间充质中p110α的活化影响俱乐部细胞分化，但不影响纤毛，神经内分泌和肺泡细胞。

SSEA1是小鼠胚胎干（ES）细胞的标志物在气道上皮祖细胞中特异性表达。为了确定突变气道中俱乐部细胞数量的减少是否是由于祖细胞分化受损，突变肺显示气道上皮细胞在SSEA1祖细胞状态下被阻滞。为了鉴定SSEA1细胞沿远端和近端气道的分布，分别使用SOX9和SOX2抗体来标记SSEA1细胞。在E12.5和E15.5小鼠的肺部，近端气道中的SSEA1细胞由SOX2标记，而在E17.5肺中，SSEA1细胞分别在近端和远端气道中由SOX2和SOX9标记。通过细胞计数计算每组细胞与远端或近端气道细胞总数的比率。与增加的Sox9表达和分支一致，SOX9细胞的百分比在突变小鼠的肺部显着高于对照。其中突变肺中SOX2标记的SSEA1细胞在远端和近端气道都增多。表明SSEA1祖细胞分化的阻塞不限于某个区域。

综上所述，本研究结果表明，在胚胎肺分支形态发生和细胞分化期间，证明通过PI3K-p110α的信号传导在分支形态发生和细胞分化中起着上皮 - 间充质相互作用的介质，可能分别通过Isl1-Fgf10-Sox9和Pten-Hes1途径网络介导，为PI3K-p110α对肺胚胎发育过程提供新的证据。

该文章中国农业大学邢怡明教授为论文通讯作者，博士研究生代海婷为本文第一作者，朱明莉、李文雅、司国辉为本文共同作者参与了本研究工作。该研究得到了中国国家自然科学基金（31972566）和111计划项目(B12008)的支持。