特发性肺纤维化（ Idiopathic pulmonary fibrosis, IPF ）是一种致死性间质性肺疾病，中位生存期仅为 2 - 4 年，目前缺乏能够有效恢复肺功能的治疗手段【1-3】。越来越多的研究表明，肺泡 Ⅱ 型上皮细胞（ alveolar type II cells, AT2 ）作为肺泡干 / 祖细胞，其耗竭和再生能力障碍是 IPF 发生发展的核心病理基础【4-8】。在正常情况下， AT2 细胞能够自我更新并分化为肺泡 Ⅰ 型上皮细胞（ AT1 ），从而维持肺泡结构完整和气体交换功能。然而，在 IPF 肺组织中， AT2 细胞数量显著减少，残存 AT2 细胞也丧失了有效更新和分化能力【6,8】。因此，寻找调控 AT2 祖细胞功能的关键分子机制，对于开发逆转肺纤维化的新策略具有重要意义 。
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（ NAD + ）是细胞能量代谢与氧化还原反应的重要辅酶，其水平会随着衰老而下降，并与多种衰老相关疾病密切相关【9-11】。既往研究发现， IPF 肺组织中 NAD + 水平明显下降【12,13】。梁 久 荣团队此前报道 证实 ， NAD + 依赖性去乙酰化酶 Sirtuin 信号通路下降会损害 AT2 祖细胞更新功能，而补充 NAD + 前体可以改善 AT2 再生能力【8】。然而，导致 IPF 肺中 NAD + 下降的具体机制仍不清楚 。
近日， Cedars-Sinai 医学中心 梁久荣（ Jiurong Liang ） 与 Paul Noble 团队在 Journal of Clinical Investigation 在线发表题为 Activation of the impaired NAMPT/SIRT7/SOD2 axis restores alveolar progenitor renewal in idiopathic pulmonary fibrosis 的研究论文 。该研究发现， NAD + 补救合成通路限速酶 NAMPT 在 IPF AT2 细胞中显著下降，并进一步揭示 NAMPT 通过调控 SIRT7/SOD2 通路 维持 AT2 细胞氧化应激稳态和线粒体功能，从而促进 AT2 祖细胞更新并抑制肺纤维化。更重要的是，研究团队利用小分子 NAMPT 激活剂在小鼠模型中成功逆转肺纤维化，提示 NAMPT 激活可能成为 IPF 治疗的新方向 。
研究人员首先重新分析了此前建立的人肺上皮细胞单细胞 RNA 测序（ scRNA-seq ）数据，发现 NAMPT 在正常 AT2 细胞中高表达，而在 IPF 患者 AT2 细胞中显著下调【14】。这一结果在多个 已经发表的 scRNA-seq 数据集中均得到验证。进一步通过 qPCR 、 Western blot 以及免疫荧光分析，研究人员确认 NAMPT 在 IPF AT2 细胞中的 mRNA 和蛋白水平 均明显下降。值得注意的是， NAMPT 在肺成纤维细胞中的表达并未明显改变，提示 NAMPT 缺陷主要发生于 AT2 祖细胞群体 。
为了研究 NAMPT 在 AT2 细胞中的功能，研究人员利用三维类器官培养体系 （ 3D-organoid ） 检测 AT2 祖细胞更新能力。结果发现，多种 NAMPT 小分子激活剂（包括 NAT 、 NAT-5r 和 SBI-797812 ）均能显著促进健康人及 IPF 病人 来源 的 AT2 细胞形成类器官，提高集落形成效率（ CFE ）。相比之下， NAMPT 抑制剂 FK866 则明显抑制 AT2 更新能力。进一步的 CRISPR/Cas9 实验表明， NAMPT 小分子激活剂 能够显著提高 AT2 中的 NAD + /NADH 比值 ，而 NAMPT 敲除后，小分子激活剂失去促进 NAD + /NADH 比值升高的能力，证明 NAMPT 是这些药物的直接作用靶点 。
接下来，研究团队深入探讨了 NAMPT 调控 AT2 细胞功能的机制。研究人员将 scRNA-seq 中的 AT2 细胞按 NAMPT 表达水平分为 NAMPT 高表达和低表达两群。转录组分析发现，在 NAMPT 低表达 AT2 细胞中，线粒体抗氧化酶 SOD2 是下降最明显的基因之一，同时多个氧化应激相关基因（如 HIF1A 、 TXNRD1 等）也显著降低。此外，这些细胞中线粒体超氧阴离子水平明显升高，提示氧化应激增强 。
进一步研究显示， NAMPT 激活后能够显著上调 SIRT7 表达，而 SIRT7 在 IPF AT2 细胞中本身是下降的。 SIRT7 属于 NAD + 依赖性去乙酰化酶家族成员。研究人员发现， NAMPT 缺失会导致 SIRT7 下降，并增加 SOD2 K122 位点乙酰化水平，而乙酰化的 SOD2 处于失活状态。相反， SIRT7 能够去乙酰化并激活 SOD2 ，从而增强 AT2 细胞抗氧化能力。研究团队还首次证明 SIRT7 不仅定位于细胞核，同时也存在于 AT2 细胞线粒体中，并且 IPF AT2 细胞线粒体中的 SIRT7 水平明显减少 。
由于线粒体功能障碍被认为是 AT2 细胞失能的重要原因，研究人员进一步检测 NAMPT 对线粒体功能的影响。结果发现， IPF 来源 AT2 细胞氧耗率（ OCR ）下降，而 NAMPT 抑制会进一步降低健康 AT2 细胞 OCR 。相反， NAMPT 激活能够提高线粒体膜电位、 ATP 生成及线粒体相关基因表达。此外， NAMPT 低表达 AT2 细胞中还出现了明显的 “ 过渡态细胞 ” （ transitional cells ）特征，包括 KRT8 、 KRT17 、 CLDN4 等标志基因升高。此前研究认为，这类异常过渡态细胞在 IPF 肺中持续积累，是 AT2 向 AT1 分化失败的重要表现【15-17】。 NAMPT 激活则能够减少这些异常过渡态标志物，并促进 AT1 相关基因表达，提示其有助于恢复 AT2 正常分化程序 。
为了验证 NAMPT 在体内的作用，研究人员构建了 AT2 细胞特异性 Nampt 敲除小鼠（ Nampt AT2 ）。单细胞 RNA 测序结果显示，在博来霉素（ bleomycin ）诱导损伤后， Nampt 缺失小鼠肺中异常过渡态细胞 数量 明显增加，同时 Sirt7 、 Sod2 等氧化应激相关基因下降。功能上，这些小鼠 AT2 细胞更新能力显著受损，并表现出更严重的肺纤维化和更高死亡率。随着年龄增长， Nampt AT2 小鼠甚至出现自发性胶原沉积和纤维化倾向 。
既然 NAMPT 缺陷会加重纤维化，那么激活 NAMPT 是否能够改善疾病？研究人员随后在小鼠博来霉素肺纤维化模型中进行了验证。结果显示，无论是在损伤前预防性给予 NAMPT 激活剂 NAT ，还是在纤维化形成后再进行治疗性给药，均能显著减轻肺纤维化程度，降低胶原沉积和羟脯氨酸水平，并增加 AT2 细胞恢复。同时，异常过渡态细胞标志物 KRT8 和 CLDN4 也明显下降。更重要的是，这种治疗效果在老龄小鼠中同样存在，提示 NAMPT 激活对于衰老相关 IPF 具有潜在治疗价值 。
为了进一步确认 SIRT7 在其中的关键作用，研究人员构建了 AT2 细胞特异性 Sirt7 敲除小鼠。结果发现， NAMPT 激活剂在 Sirt7 缺失背景下完全失去促进 AT2 更新和减轻肺纤维化的能力。这表明 NAMPT 发挥保护作用依赖于 SIRT7 介导的 SOD2 激活 。
总体而言， 该研究系统揭示了 NAMPT/SIRT7/SOD2 通路 在维持 AT2 祖细胞稳态中的关键作用，并建立了 “NAMPT 下降 →SIRT7/SOD2 失活 → 氧化应激和线粒体功能障碍 →AT2 更新失败 → 肺纤维化 ” 的机制 通路 。研究不仅深化了领域内对 IPF 发病机制的理解，也提示通过激活 NAMPT 恢复 AT2 祖细胞功能，有望成为逆转肺纤维化的新策略 。
Cedars-Sinai 医学中心的张 雪茜 博士 （ Xuexi Zhang ）为论文第一作者，梁 久 荣 博士 （ Jiurong Liang ）和 Paul Noble 博士 为共同通讯作者 。
原文链接：https://www.jci.org/articles/view/198031
制版人：十一
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