Aging impairs alveolar epithelial type II cell function in acute lung injury

Abstract

Morbidity and mortality rates in acute lung injury (ALI) increase with age. As alveolar epithelial type II cells (AE2) are crucial for lung function and repair, we hypothesized that aging promotes senescence in AE2 and contributes to the severity and impaired regeneration in ALI. ALI was induced with 2.5 μg lipopolysaccharide/g body weight in young (3 mo) and old (18 mo) mice that were euthanized 24 h, 72 h, and 10 days later. Lung function, pulmonary surfactant activity, stereology, cell senescence, and single-cell RNA sequencing analyses were performed to investigate AE2 function in aging and ALI. In old mice, surfactant activity was severely impaired. A 60% mortality rate and lung function decline were observed in old, but not in young, mice with ALI. AE2 of young mice adapted to injury by increasing intracellular surfactant volume and proliferation rate. In old mice, however, this adaptive response was compromised, and AE2 of old mice showed signs of cell senescence, increased inflammatory signaling, and impaired surfactant metabolism in ALI. These findings provide evidence that ALI promotes a limited proliferation rate, increased inflammatory response, and surfactant dysfunction in old, but not in young, mice, supporting an impaired regenerative capacity and reduced survival rate in ALI with advancing age.

Este trabajo es el fruto de una colaboración entre el Grupo de investigación BIOMIL/Biophys-HUB, liderado por el Prof. Pérez Gil de la Universidad Complutense de Madrid, y el Grupo de investigación de la Prof. Christina Brandenberger, de la Universidad de Hannover. Las células epiteliales alveolares de tipo II son cruciales para la función y la reparación de los pulmones y para promover la respiración, dado que son las encargadas de secretar el complejo surfactante pulmonar. Este es un material tensioactivo fundamental para disminuir la tensión superficial en los alveolos, minimizando el trabajo de la respiración y evitando el colapso alveolar. Las tasas de morbilidad y mortalidad debidas a lesión pulmonar aguda (ALI) aumentan con la edad, sugiriendo que el envejecimiento podría promover la senescencia de las células epiteliales alveolares y contribuir a una regeneración inadecuada de dichas células durante el daño pulmonar. Para demonstrar esta hipótesis, se indujo ALI con lipopolisacárido en ratones jóvenes y viejos, analizando la función pulmonar, la actividad tensioactiva del surfactante, la arquitectura del tejido pulmonar, la senescencia celular y el transcriptoma completo de las células epiteliales de tipo II. En ratones añosos, la actividad tensioactiva del surfactante pulmonar estaba gravemente afectada ya en condiciones fisiológicas normales. Cuando además se indujo ALI, hubo una tasa de mortalidad del 60% y una disminución muy marcada de la función pulmonar. En los ratones jóvenes, sin embargo, las células alveolares de tipo II se adaptaron a las lesiones pulmonares, proliferando más y aumentando la producción de surfactante, una respuesta comprometida en los ratones añosos. En estos animales, las células alveolares de tipo II presentaban una clara senescencia y deterioro del metabolismo del surfactante pulmonar tras la inducción de ALI. Estos resultados evidencian que el daño pulmonar agudo promueve una respuesta inflamatoria más fuerte y una disfunción del surfactante pulmonar más evidente en ratones viejos, reduciendo la tasa de proliferación de las células alveolares de tipo II. Este descubrimiento explica por qué en edad avanzada la tasa de supervivencia se reduce durante el distrés respiratorio agudo.