肺泡Ⅱ型上皮細胞與肺部疾病的研究進展

楊航，張紅

作者單位：遵義醫(yī)科大學，貴州 遵義563000

正常人肺組織中有多種細胞，肺泡上皮細胞（alveolar epithelial cell，AEC）是肺上皮細胞中最豐富的細胞，其有兩種類型：肺泡Ⅰ型上皮細胞（alveolar typeⅠepithelial cell，AECⅠ）和肺泡Ⅱ型上皮細胞（alveolar typeⅡepithelial cell，AECⅡ）。AECⅠ細胞呈寬扁形，占肺泡表面的95%，占肺泡上皮的40%，占周圍肺細胞的8%；而AECⅡ呈小立方形，占肺泡表面的5%，占肺泡上皮的60%，占周圍肺細胞的15%；AECⅡ是肺泡內AECⅠ的祖細胞，在肺泡上皮修復及維持組織穩(wěn)態(tài)的主要環(huán)節(jié)中發(fā)揮著關鍵作用。AECⅠ和AECⅡ能夠調節(jié)肺泡的結構完整性和功能，AECⅠ負責氣體交換，而AECⅡ具有多種功能，例如產生表面活性物質，調節(jié)肺部免疫功能，增殖和分化為AECⅠ修復肺泡等。AECⅡ在調節(jié)肺組織液體穩(wěn)態(tài)方面起著關鍵作用，這可能對肺組織的重構和重建具有重要意義。因此，維持AECⅡ的穩(wěn)態(tài)是維持肺組織正常功能的關鍵。

1 肺泡Ⅱ型上皮細胞的生理功能

1.1 屏障功能

AEC 由AECⅠ和AECⅡ組成，其中AECⅠ覆蓋了95%～98%的肺泡表面，在屏障功能中起關鍵作用，并且非常薄，允許高效的氣體交換。由于AECⅠ為鱗狀細胞，可能由于其部分特殊結構，特別容易受到損傷，因此在肺損傷后修復過程中，AECⅡ轉分化為AECⅠ是恢復正常肺泡結構、屏障完整性和氣體交換的關鍵。同時相關研究已經證明AECⅡ到AECⅠ的轉分化確實發(fā)生在肺損傷后的修復過程中。有研究表明，長時間的氧暴露會導致肺泡-毛細血管屏障和肺泡結構的損害，其中AECⅡ是受損的主要成分。有證據表明，在AECⅡ上的Ⅰ型干擾素（IFN-Ⅰ）信號的丟失不僅能導致肺泡上皮細胞緊密連接蛋白的減少，而且使AECⅡ死亡增加從而導致的AECⅡ的減少；而保持AECⅡ活性的潛在治療方法不僅能保護上皮屏障，還能支持肺泡內膜的再生。Jansing等的研究中表明隨著AECⅡ的擴散和轉分化，上皮屏障完整性得以恢復。因此，AECⅡ在維持肺泡正常屏障功能有著重要的作用。

1.2 再生功能

AECⅡ僅占肺泡表面的1%，而AECⅠ占95%以上；AECⅠ對氧化應激損傷高度敏感，其修復在很大程度上取決于AECⅡ的增殖和分化。AECⅡ具有干細胞特征，對AECⅠ的再生非常重要，保護AECⅡ可以維持炎癥反應中受損肺泡的完整性和更新能力。當肺泡上皮受損時，AECⅡ增生，繼之以轉分化，從而保護肺。而AECⅡ的增殖和分化是肺組織修復的兩個重要過程。有研究發(fā)現：在小鼠肺部分切除后，AECⅡ增殖從而維持肺功能；AECⅡ在感染后發(fā)生增殖和分化，可形成新的肺泡上皮。有研究表明AECⅡ可以通過先天免疫受體Toll 樣受體4（TLR4）和細胞外基質糖胺聚糖透明質酸（HA）的表達，維持對AECⅡ的更新、肺損傷的修復，限制肺纖維化。Horiguchi 等的研究發(fā)現維生素D3（VD3）能夠誘導慢性阻塞性肺病破壞的肺泡再生和呼吸功能恢復。綜上，AECⅡ具有自我增殖和分化為AECⅠ的能力，對肺的發(fā)育和重塑至關重要。

1.3 分泌功能

1.3.1 表面活性物質 肺表面活性物質的合成、分泌和循環(huán)主要由AECⅡ完成，這是維持哺乳動物肺在呼氣末獲得足夠呼吸表面積所必需的。肺表面活性物質的關鍵作用是降低肺泡氣液界面的表面張力，從而防止肺泡破裂，維持正常的呼吸功能，其含有四種表面活性特異性蛋白質，包括SP-A、SPB、SP-C、SP-D，分別承擔著不同的功能：SP-A和SP-D參與肺的宿主防御，而SP-B 和SP-C 有助于降低表面張力活性，但更為重要的是SP-C。SP-C 是一種含有35 個殘基的4.5 Kda 的小脂肽，僅由AECⅡ在肺中產生，能促進肺泡膜界面穩(wěn)定，并促進脂層之間的脂類交換。研究表明表面活性物質在呼吸系統(tǒng)的局部防御機制中有重要作用，其中SP-B 和SP-C 參與呼吸系統(tǒng)保護所需的免疫調節(jié)。從免疫學的角度來看，表面活性蛋白SP-A 和SP-D 可作為調控因子調節(jié)炎癥細胞的功能。有研究已證實SP-B 和SP-C 蛋白缺陷與新生兒呼吸窘迫綜合征（Acute respiratory distress syndrome，ARDS）的發(fā)病有關。因此，肺泡表面活性物質對維持肺部正常功能有著重要的作用。

1.3.2 肺泡Ⅱ型細胞表面抗原（KL-6） 主要由AECⅡ分泌，是一種高分子量糖蛋白，最初作為腫瘤標志物被研究，但后來發(fā)現對成纖維細胞具有趨化和抗凋亡作用；當AECⅡ增殖和肺基底膜損傷時，可向血液釋放KL-6。丁玉潔的研究發(fā)現KL-6在老年間質性肺炎中高度表達，且與患者的肺功能有較高的相關性，可作為老年間質性肺炎的診斷以及康復評價指標。Ichiyasu 等研究發(fā)現血清KL-6水平與特發(fā)性肺纖維化的程度相關；同時有文獻報道KL-6可以反映自身免疫性肺泡蛋白沉積癥（autoimmune pulmonary alveolar proteinosis，APAP）的嚴重程度，APAP患者血清中KL-6的濃度升高，其與該病癥狀和肺功能高度相關。

1.3.3 炎癥介質 肺泡Ⅱ型上皮細胞在急性肺部炎癥的誘導中起重要作用，能夠通過產生一系列促炎癥介質參與肺部炎癥反應，從而激活和招募單核/巨噬細胞等免疫細胞。AECⅡ可分泌單核細胞趨化蛋白-1（MCP-1）、白細胞介素-8（IL-8）和巨噬細胞炎性蛋白-2α（MIP-2α）等炎性趨化因子，在肺內免疫防御和炎癥反應中起重要作用。有研究表明在TNF-α 或IL-1β 誘導肺泡Ⅱ型細胞炎癥反應后，可以觀察到IL-6 的表達和分泌，從而對肺造成損害。

AEC 在調控肺抗病毒宿主反應中起著重要作用，可釋放一系列免疫介質，其中之一是粒細胞和巨噬細胞集落刺激因子（GM-CSF），而肺GM-CSF 主要在炎癥狀態(tài)下由AECⅡ釋放。在肺組織中，GM-CSF 通過與肺泡巨噬細胞和樹突狀細胞的直接相互作用，促進肺泡巨噬細胞和樹突狀細胞的免疫功能，改善上皮修復過程。AECⅡ分泌的GM-CSF不僅在過敏性氣道疾病中發(fā)揮重要作用，而且在抗微生物肺宿主防御功能中發(fā)揮重要作用，同時也是維持表面活性物質動態(tài)平衡的必要成分。

2 肺泡Ⅱ型上皮細胞與肺部疾病

2.1 肺泡Ⅱ型上皮細胞與急性肺損傷

急性肺損傷（Acute lung injury，ALI）是以急性肺部炎癥和肺泡上皮細胞（AEC）凋亡為特征，其病理生理學特征是肺泡-毛細血管屏障的損傷和功能障礙的一種疾病，具有較高的發(fā)病率和死亡率。AEC 功能障礙已被公認對ALI病理有重要貢獻。膿毒血癥可通過激活一系列炎癥反應從而損傷肺泡上皮細胞及血管內皮細胞，導致ALI，嚴重影響患者生存質量。越來越多的證據表明，膿毒癥相關的急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）與AECⅡ異常凋亡之間存在一致的聯系。在ALI 小鼠模型中證實，在體內下調轉移相關蛋白1（MTA1）的表達可促進NF-κb 調節(jié)的炎癥細胞因子的表達，增強AECⅡ的凋亡，從而加重脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）誘導的急性肺損傷。大量研究表明AECⅡ的凋亡程度與肺損傷相關指標密切相關，而抑制AECⅡ凋亡可發(fā)揮肺保護作用；研究表明減少AECⅡ凋亡可能對膿毒性休克和ALI 的病理生理調節(jié)以及ARDS 患者的臨床病程和結局產生積極的影響。由此可見AECⅡ對維持肺部正常功能有著重要作用，其在肺損傷的病理過程中發(fā)揮著重要的作用。

2.2 肺泡Ⅱ型上皮細胞與間質性肺疾病

2.2.1 特發(fā)性間質性肺炎（Idiopathic interstitial pneumonia，IIP） 是一組病因不明的彌漫性肺實質疾病，特點是急性或慢性炎癥程度不同，肺實質進行性纖維化。雖然IIP 的病因不明，但越來越多的證據支持肺泡上皮細胞（AEC）損傷和凋亡參與了IIP 的發(fā)生和發(fā)展。Yoneshige 等提示AECⅡ的損傷及凋亡與IIP 的發(fā)生發(fā)展有關，其中細胞黏附分子1（CADM1）的脫落在AECⅡ凋亡中起重要作用。

2.2.2 特發(fā)性肺纖維化（Idiopathic pulmonary fibrosis，IPF） 是以AECⅡ損傷和過度纖維增生為特征的不可逆進展性肺病，生存率大約為3～4 年。在IPF 發(fā)病機制中，AECⅡ的損傷和凋亡是導致成纖維細胞活化、聚集、收縮，并向肺泡外基質（extracolar matrix，ECM）生成的成纖維細胞轉化的關鍵事件，但具體機制目前并未明確闡明。肺泡上皮細胞（AEC）過度死亡，肺間質細胞異常增生，以及ECM沉積，導致肺泡破壞，除肺移植外，IPF 目前沒有有效的治療方法。肺泡上皮損傷后炎性環(huán)境中轉化生長因子β1（TGFβ1）信號和活性氧（ROS）的升高可導致異常ECM 的產生和沉積，異常ECM 的合成和沉積參與IPF。IPF 中異常的ECM 合成和沉積會影響肺泡上皮細胞（AEC）的命運：AECⅠ凋亡，而AECⅡ在IPF 期間呈增生和肥大狀態(tài)。Yang等的研究表明，小鼠肺泡上皮細胞損傷后可產生過量的Ⅰ型膠原導致上皮間質轉化、成纖維細胞活化以及其他ECM 蛋白表達減弱，最終導致進展性纖維化。有文獻報道內質網應激轉錄因子C/EBP同源蛋白（CHOP）在AECⅡ凋亡相關轉錄因子中發(fā)揮著調控作用，可能為IPF 發(fā)病過程中的抗凋亡作用提供新的治療前景。

2.3 肺泡Ⅱ型上皮細胞與肺部腫瘤

肺癌是一種非常具有侵襲性的惡性癌癥，也是癌癥死亡的主要原因。轉錄激活因子3（STAT 3）可促進肺癌的發(fā)生與發(fā)展；同時有研究發(fā)現在AECⅡ中過表達STAT 3C（STAT 3 的一種活性形式），可上調促炎因子，增加炎癥細胞浸潤，導致肺腺癌。此外，轉移和復發(fā)是癌癥患者死亡的主要原因，而肺是最常見的轉移復發(fā)部位之一。Zhou 等的研究證實轉移癌細胞能促進AECⅡ向AECⅠ的轉分化及TGFβ 1 的分泌，這就提示了轉移癌細胞在體內可能誘導AECⅡ向AECⅠ的轉分化，而AECⅡ轉分化可能是肺轉移過程中的常見現象。

2.4 肺泡Ⅱ型上皮細胞與高氧肺損傷

機械通氣是早產兒低氧血癥和呼吸衰竭的必要治療方法，然而，通過呼吸機給予過量的氧氣會對早產兒的肺造成嚴重損害，導致急性肺損傷（ALI）和支氣管肺發(fā)育不良（bronchopulmonary dysplasia，BPD）。越來越多的證據表明，長時間的氧暴露會導致肺泡-毛細血管屏障和肺泡結構的損害，其中AECⅡ是受損的主要成分，而AECⅡ轉分化為AECⅠ可參與高氧所致肺損傷的修復過程。Wu 等的研究表明氫能減輕AECⅡ受高氧誘導的細胞凋亡；Lu 等的研究也證實了氫對暴露于高氧環(huán)境下的AECⅡ有保護作用。CCAAT/增強子結合蛋白（C/EBPα）是C/EBP家族的第一個成員，是一個基本的區(qū)域亮氨酸拉鏈（bZIP）蛋白家族。Lu 等的研究發(fā)現高氧暴露可導致C/EBPa 和SP-C 表達降低，導致細胞周期G阻滯，DNA 合成抑制，細胞增殖減少，細胞凋亡增加；而C/EBPα 過表達對高氧誘導的肺細胞損傷具有保護作用。因此針對AECⅡ及相關靶點的防治可能成為高氧性肺損傷的一種潛在的治療策略。

2.5 肺泡Ⅱ型上皮細胞與肺結核

肺結核是由強耐酸、耐堿、耐熱和強致病力結核菌分枝桿菌引起一種慢性傳染病，起病急緩不一，患者可能會出現乏力、咳嗽咯血等癥狀；目前臨床上常采取藥物治療，但隨著耐藥結核病的不斷增多，使用藥物進行長期有效治療成為臨床上的一大難題。在全球范圍內，盡管使用了牛分枝桿菌卡介苗并大力嘗試改進卡介苗或開發(fā)新疫苗，但結核病已重新成為發(fā)病率和死亡率高的疾病，因此針對肺結核的防治工作依然任重而道遠。研究表明結核分枝桿菌為了穿過肺泡屏障，少數吸入的結核分枝桿菌必須侵入AEC，在肺泡細胞內復制，破壞基膜，其中結核分枝桿菌侵入AECⅡ已在人類身上得到證實。此外AECⅡ內的結核分枝桿菌的轉錄是一種活躍的傳播感染狀態(tài)，由此可見AECⅡ是一個潛在的生態(tài)位點，它允許結核分枝桿菌大量復制并進行系統(tǒng)性傳播，同時避開了負責早期清除的先天免疫機制。因此，干預結核分枝桿菌與AECⅡ的相互作用和/或生存可能是預防感染和防止進展為活動性肺結核的一種新穎的補充戰(zhàn)略。

2.6 肺泡Ⅱ型上皮細胞與慢性阻塞性肺疾病

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一種以氣流限制為特征的疾病狀態(tài)，且不能完全逆轉；包括慢性支氣管炎、慢性阻塞性肺氣腫，主要表現為咳嗽、咳痰、活動后氣促，隨著病情進展，機體肺功能直線下降，嚴重影響病人生存質量。蛋白酶-抗蛋白酶失衡，破壞肺泡空間及肺實質擴張，即肺氣腫，是COPD 的主要組成部分；而肺泡上皮細胞的凋亡導致肺實質的丟失是肺氣腫和COPD的潛在致病機制。Kamata等的研究發(fā)現AECⅡ在肺泡上皮的穩(wěn)態(tài)中起關鍵作用，而AECⅡ中細胞色素P450 的表達與COPD 有著密切聯系。Hou等的研究發(fā)現胎盤生長因子（PIGF）誘導AECⅡ凋亡，使轉基因PIGF小鼠出現肺氣腫。慢性阻塞性肺疾病患者的血清和支氣管肺泡灌洗液中PIGE水平較高，且PIGF 水平與肺功能呈負相關；因此，PIGF 及其下游的JNK/PKCδ 信號通路可能參與了COPD的發(fā)病機制，是COPD潛在的治療靶點。有文獻報道肺實質的破壞，導致了肺氣腫，而基質金屬蛋白酶（MMPs）參與了這一過程；MMPs 是一類鋅依賴性蛋白酶，具有降解彈性蛋白和膠原蛋白的能力，其中MMP-1 是MMP 家族中最豐富的蛋白酶之一，肺泡巨噬細胞以及AECⅡ和氣道上皮細胞是MMP-1 的重要來源，MMP-1 表達增加與肺氣腫病情加重相關，提示MMP-1 在疾病過程中發(fā)揮作用，調控該酶可能是一種有價值的治療干預手段。

3 展望

肺泡Ⅱ型上皮細胞在維持肺臟正常生理功能及在肺部疾病的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用，參與了多種肺部疾病如急性肺損傷、肺間質性疾病、肺癌、肺結核、慢性阻塞性肺疾病等的發(fā)生發(fā)展；減少肺泡Ⅱ型上皮細胞的損傷及凋亡能減輕肺部損傷及延緩疾病進展，故肺泡Ⅱ型上皮細胞有望成為治療某些肺部疾病的靶點，但相關機制仍需要進一步研究及驗證。