Fatty acid binding protein 4 (FABP4) plays an important role in maintaining glucose and lipid homeostasis. FABP4 has been primarily regarded as an adipocyte- and macrophage-specific protein, but recent studies suggest that it may be more widely expressed. We found strong FABP4 expression in the endothelial cells (ECs) of capillaries and small veins in several mouse and human tissues, including the heart and kidney. FABP4 was also detected in the ECs of mature human placental vessels and infantile hemangiomas, the most common tumor of infancy and ECs. In most of these cases, FABP4 was detected in both the nucleus and cytoplasm. FABP4 mRNA and protein levels were significantly induced in cultured ECs by VEGF-A and bFGF treatment. The effect of VEGF-A on FABP4 expression was inhibited by chemical inhibition or short-hairpin (sh) RNA-mediated knockdown of VEGF-receptor-2 (R2), whereas the VEGFR1 agonists, placental growth factors 1 and 2, had no effect on FABP4 expression. Knockdown of FABP4 in ECs significantly reduced proliferation both under baseline conditions and in response to VEGF and bFGF. Thus, FABP4 emerged as a novel target of the VEGF/VEGFR2 pathway and a positive regulator of cell proliferation in ECs.

ABSTRACT Angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) maintains cardiovascular and renal homeostasis but also serves as the entry receptor for the novel severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV-2), the causal agent of novel coronavirus disease 2019 (COVID-19) 1 . COVID-19 disease severity, while highly variable, is typically lower in pediatric patients than adults (particularly the elderly), but increased rates of hospitalizations requiring intensive care are observed in infants than in older children. The reasons for these differences are unknown. To detect potential age-based correlates of disease severity, we measured ACE2 protein expression at the single cell level in human lung tissue specimens from over 100 donors from ∼4 months to 75 years of age. We found that expression of ACE2 in distal lung epithelial cells generally increases with advancing age but exhibits extreme intra- and inter-individual heterogeneity. Notably, we also detected ACE2 expression on neonatal airway epithelial cells and within the lung parenchyma. Similar patterns were found at the transcript level: ACE2 mRNA is expressed in the lung and trachea shortly after birth, downregulated during childhood, and again expressed at high levels in late adulthood in alveolar epithelial cells. Furthermore, we find that apoptosis, which is a natural host defense system against viral infection, is also dynamically regulated during lung maturation, resulting in periods of heightened apoptotic priming and dependence on pro-survival BCL-2 family proteins including MCL-1. Infection of human lung cells with SARS-CoV-2 triggers an unfolded protein stress response and upregulation of the endogenous MCL-1 inhibitor Noxa; in juveniles, MCL-1 inhibition is sufficient to trigger apoptosis in lung epithelial cells – this may limit virion production and inflammatory signaling. Overall, we identify strong and distinct correlates of COVID-19 disease severity across lifespan and advance our understanding of the regulation of ACE2 and cell death programs in the mammalian lung. Furthermore, our work provides the framework for potential translation of apoptosis modulating drugs as novel treatments for COVID-19.

Summary The lung’s gas exchange surface comprises thin alveolar type 1 (AT1) cells and cuboidal surfactant-secreting AT2 cells that are corrupted in some of the most common and deadly diseases including adenocarcinoma, emphysema, and SARS/Covid-19. These cells arise from an embryonic progenitor whose development into an AT1 or AT2 cell is thought to be dictated by differential mechanical forces. Here we show the critical determinant is FGF signaling. FGF Receptor 2 (Fgfr2) is expressed in mouse progenitors then restricts to nascent AT2 cells and remains on throughout life. Its ligands are expressed in surrounding mesenchyme and can, in the absence of differential mechanical cues, induce purified, uncommitted E16.5 progenitors to form alveolus-like structures with intermingled AT2 and AT1 cells. FGF signaling directly and cell autonomously specifies AT2 fate; progenitors lacking Fgfr2 in vitro and in vivo exclusively acquire AT1 fate. Fgfr2 loss in AT2 cells perinatally results in reprogramming to AT1 fate, whereas loss or inhibition later in life immediately triggers AT2 apoptosis followed by a compensatory regenerative response. We propose Fgfr2 signaling directly selects AT2 fate during development, induces a cell non-autonomous secondary signal for AT1 fate, and stays on throughout life to continuously maintain healthy AT2 cells. One Sentence Summary FGF signaling induces and distinguishes the two cell types of the lung’s gas exchange surface, and the pathway remains on throughout life to maintain one that can be transformed into lung cancer or targeted in the deadly form of SARS/Covid-19.