近年来，大气污染对人体健康的影响备受关注。尽管大气颗粒物成分复杂，但已确定无机碳和二氧化硅是其中两个主要组分。此外，多环芳烃（PAH）和多氯联苯（PCB）等有机化合物也经常出现在大气颗粒物的检测中。大气颗粒物及其个别成分对人体的毒性是大气污染对人体健康效应的研究重点。人多能干细胞hPSCs诱导分化而来的不同人体组织细胞在环境毒理学研究中具有广大的应用前景。重点实验室团队的研究成果不仅扩展了hPSCs的应用，而且提供了全新的毒理学研究视角和方法，在动物模型和癌细胞模型的实验基础上提供了补充。该研究成功诱导出了具有典型标志基因和蛋白的肺泡上皮类细胞ATLs，更重要的是，在ATLs类器官中发现了板层小体结构，这是2型肺泡上皮细胞AT2执行其分泌功能所必需的细胞器。同时，实验模型可检测到肺表面活性物质DPPC的表达，它是一种在气体交换过程中降低上皮细胞表面张力所必需的磷脂，这一发现进一步证明该模型可适用于一定的功能性检测。此外，由于板层小体缺陷和DPPC分泌与新生儿的各种症状相关，因此这种诱导分化模型还适合应用于测试环境污染物的新生儿肺脏发育毒性。
基于构建的模型，重点室团队不仅揭示了大气细颗粒物主要成分BaP、碳纳米颗粒和纳米二氧化硅对人肺的毒性，还证明基于hPSCs构建的人肺类器官可以应用于测试纳米颗粒（如纳米二氧化硅）或其它化学物质的毒性。本研究是干细胞生物学与环境毒理学相结合的交叉成果，为未来揭示更多化学物质的肺毒性效应和机制夯实基础。
hPSCs分化肺祖细胞（hLPs）和肺泡2型样细胞（ATLs）
A. hPSC体外分化实验流程示意图
B. 分化第16天免疫荧光染色图
C.分化第30天肺表面活性物质Pro-SPC荧光染色（比例尺200μM）
D. 分化第30天ATLs形成类器官结构图
E. RNA测序热图比较H9分化的ATLs多能性基因、肺祖细胞和肺泡标志基因
F. UHPLC-Q-TOFMS鉴定肺泡2型细胞表面标志物DPPC
该项研究得到国家自然科学基金、中国科学院国际团队项目的支持。
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.est.0c05700
环境化学与生态毒理学国家重点实验室
2021年2月9日
