楊育坤 李曄 朱向情 雷銀 王嚴影 田川 阮光萍 潘興華

Ⅱ型肺泡上皮細胞（typeⅡalveolar epithelial cells，ATⅡ）是由內胚層衍生的多功能極化上皮細胞，存在于成年哺乳動物的肺部遠端，與Ⅰ型肺泡上皮細胞偶聯(lián)鑲嵌排列，形成肺泡囊，參與呼吸膜的形成。ATⅡ雖僅占肺泡表面積的7%，但卻占實質細胞總數(shù)的16%，可通過分泌大量的表面活性物質，從而減低肺泡表面張力。另外，其還可參與肺部的炎癥反應、免疫反應、細胞外基質（extracellular matrix，ECM）調節(jié)和損傷修復等多種生物學活動[1]。當前，越來越多證據表明，Ⅱ型肺泡上皮的功能、形態(tài)以及數(shù)量的正常穩(wěn)定，可能在維持肺的結構和功能，保持呼吸系統(tǒng)健康方面極為重要。當ATⅡ的功能、形態(tài)和數(shù)量失調時，便可能導致一連串相關的病理變化[2]。特發(fā)性肺纖維化（idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）是一種嚴重影響肺通氣與換氣功能的下呼吸道慢性疾病，其發(fā)病機理目前尚不明確，可能與遺傳、年齡和環(huán)境相關，表現(xiàn)為異常的間質炎癥和纖維化，以及肺泡結構的破壞。從病理學的角度來看，IPF是以廣泛的成纖維細胞、肌成纖維細胞、肺泡和間質巨噬細胞的積累，以及過度的ECM沉積為特征。這些改變最終致使肺瘢痕形成，進而導致慢性呼吸衰竭[3]。近年來，IPF被認為是一種因肺泡上皮受到持續(xù)反復損傷而引起的異常促纖維化修復的改變，上皮功能和形態(tài)的變化可能在很多方面影響肺纖維化的進程[4]。明確肺泡上皮在纖維化進程中如何發(fā)揮作用的機制，可能為臨床治療尋找新的靶點。因此，本文就ATⅡ在IPF中的作用做以下綜述。

一、生理條件下的ATⅡ

（一）分泌表面活性物質

ATⅡ位于肺泡表面，頂端突起于肺泡腔中的肺泡上皮細胞，其體積較小，細胞核成圓形，胞質著色較淺，呈泡沫狀。在電鏡視野下，可見其胞質內較發(fā)達的粗面內質網和高爾基復合體，以及豐富的線粒體和溶酶體[5]。同時，在其細胞核上方有較多平行排列成板層狀結構的高電子密度大小不等分泌顆粒，稱為嗜鋨板層小體。這些小體內含有豐富的表面活性物質（磷脂、蛋白質和糖胺聚糖等），這些表面活性物質通過胞吐的方式釋放于肺泡腔，并在鋪展與肺泡表面形成一層薄膜，具有降低肺泡表面張力，維持肺泡大小及結構的重要作用[6]。

（二）免疫功能

ATⅡ除了分泌表面活性物質，維持肺泡正常結構的作用外，還有重要免疫作用。眾所周知，肺作為一個與外界連通的呼吸器官，受到外界微生物、以及有害物質的侵襲是不可避免，這些微生物和有毒物質一方面作為外來有害物質，可被肺部清除。另一方面，其可導致肺部的損傷，引起炎癥反應，以及免疫平衡的失調。研究發(fā)現(xiàn)，這些變化可能與ATⅡ分泌的表面活性物質的變化有關系。首先在未受到感染或感染輕微的情況下，Ⅱ型細胞通過將多種抗炎和抗微生物物質分泌到肺泡液中而建立外周防御。這些物質包括表面活性物質中的聚集蛋白SP-A和SP-D，抗菌蛋白（如溶菌酶，β防御素2，導管素和脂質運載蛋白2）以及抗氧化劑（如還原型谷胱甘肽）等。同時，肺泡上皮細胞還具有高水平的聚合免疫球蛋白轉運蛋白表達，可轉運免疫球蛋白于肺泡液中，以及產生補體系統(tǒng)組分的能力。因此，在正常肺的肺泡液中存在多種抗微生物防御，以處理在日常活動中可能遇到的病原體。當這些病原體和有害物質過度聚集于肺部導致持續(xù)感染和細胞受損時，ATⅡ可作為一類輔助細胞，在炎癥以及免疫平衡中發(fā)揮重要作用。有證據表明，在感染時，ATⅡ分泌的SP-A和SP-D增多，這些蛋白質負責識別和調理微生物，將它們呈遞給免疫細胞，如肺泡巨噬細胞，以增強微生物清除[7-8]，與此同時，SP-A和SP-D含量的改變可能還會引起巨噬細胞表型變化[9]。另有研究發(fā)現(xiàn)，ATⅡ還可以通過分泌細胞因子來調節(jié)免疫，如在巨噬細胞的作用下，ATⅡ可分泌RANTES、MCP-1以及GM-CSF，進一步促進巨噬細胞的聚集，刺激巨噬細胞的生長[10-11]。同時，ATⅡ也可與白細胞互相作用。研究發(fā)現(xiàn)，ATⅡ可影響白細胞介素的合成，也可參與誘導嗜堿性粒細胞、嗜酸性粒細胞和中性粒細胞的分化并維持炎癥反應[12]。

（三）增殖修復功能

在正常的肺中，ATⅡ具有增殖分化為Ⅰ型肺泡上皮細胞的能力。生理狀態(tài)下，肺中肺泡上皮細胞的轉換更新是非常緩慢的。當肺損傷后，ATⅡ擴散，去分化，增殖并最終分化成增生型ATⅡ。在這之后，這些細胞中的一些將經歷細胞凋亡，其他剩余的細胞則轉分化為Ⅰ型肺泡上皮細胞，以維持肺泡正常的結構和功能[5]。

（四）其他影響

在前文中，已經描述了ATⅡ具有豐富的線粒體結構，有研究顯示，ATⅡ可跨膜轉運鈉離子，與肺泡液中水的轉運密切相關。這種豐富的線粒體結構，能為轉運提供足夠的能量，以維持肺泡液中水鈉的平衡[7]。同時，ATⅡ在特定的情況下，還可與周圍的細胞相互作用。如ATⅡ可通過直接或間接的作用與成纖維細胞之間發(fā)生聯(lián)系，從而調節(jié)肺部的損傷修復[13]。另外，ATⅡ也可能與血管內皮細胞、Ⅰ型肺泡上皮細胞之間發(fā)生關系[12]。

二、ATⅡ與IPF

IPF表現(xiàn)為廣泛的纖維細胞增殖及大量ECM聚集并伴炎癥損傷、組織結構破壞為特征的肺疾病。近年來越來越多的證據表明，這種廣泛的纖維細胞聚集增殖，大量ECM產生等表現(xiàn)，可能與ATⅡ密切相關[4]。早在1979年，科學家們就發(fā)現(xiàn)，ATⅡ結構與功能的完整性可能對是否發(fā)生纖維化有重大影響。Haschek等[14]將丁基羥基甲苯通過腹腔注射入小鼠體內，引起小鼠Ⅰ型肺泡上皮的急性損傷，通過觀察上皮的超微結構，確定了ATⅡ在此過程中保留完整的生理結構。但之后，研究者對小鼠進行了持續(xù)的丁基羥基甲苯吸入處理后發(fā)現(xiàn)，由于ATⅡ的破壞，缺失了增殖分化成Ⅰ型上皮的來源，其肺內的膠原蛋白沉積與腹腔注射組相比明顯增多。這意味著正常功能的ATⅡ可能作為一類在肺損傷中起修復作用的細胞，抑制其向異常纖維化方向發(fā)展，而當ATⅡ衰老凋亡不足時，便會發(fā)生改變。

在IPF的發(fā)病機制中，ATⅡ的凋亡是其組織病理學中的突出表現(xiàn)。當肺泡上皮受到持續(xù)反復損傷的同時，ATⅡ的功能形態(tài)一樣不斷發(fā)生著變化，其衰老、凋亡導致基底層的剝脫可能反映該疾病發(fā)展中的初始破壞事件，盡管所涉及的分子機制尚未完全了解[15-16]。

當前，一些研究表明，ATⅡ的衰老和凋亡事件的發(fā)生，可能與各種因素引起的內質網應激和自噬有關系。內質網（endoplasmic reticulum，ER）是負責維持蛋白質穩(wěn)態(tài)的專門細胞器，其主要用于蛋白質折疊和在蛋白質到達細胞內或細胞外目的地之前對其進行質量控制，任何擾亂蛋白質加工的因素都可能導致錯誤折疊的蛋白質在內質網中的累積，這一錯誤蛋白累積于內質網中的現(xiàn)象被成為內質網應激。同時，為響應內質網應激，細胞啟動信號級聯(lián)——未折疊蛋白反應。最初，這一反應可恢復蛋白質穩(wěn)態(tài)，但由于長期或嚴重內質網應激，最終會導致細胞衰老死亡[17]。關于IPF中的內質網應激，最開始被發(fā)現(xiàn)在于表面活性蛋白C基因突變的家族性IPF患者的ATⅡ中，基因的突變導致大量折疊錯誤蛋白的累積，引發(fā)持續(xù)而嚴重的內質網應激[18-19]。隨后，許多研究均表明，內質網應激引起的ATⅡ凋亡，在IPF患者中是一個普遍的現(xiàn)象[20-21]。

在ATⅡ細胞中，突變基因（外顯子4的缺失或L188Q SFTPC的過表達）會導致內質網應激和細胞凋亡增加[22-23]。William等[24]通過使用Tet-On系統(tǒng)開發(fā)了僅在ATⅡ中表達L188Q SFTPC的轉基因小鼠。在該突變基因（L188Q SFTPC）的表達下，小鼠肺部ATⅡ獲得了持久的內質網應激，但在未使用第二種促纖維化的物質情況下，未表現(xiàn)出異常的纖維化和內皮細胞的凋亡。接著，他們使用博來霉素誘導小鼠肺纖維化模型，與對照組相比，表達L188Q SFTPC的小鼠出現(xiàn)更多的肺纖維化并伴隨著靜態(tài)肺順應性的降低，同時還包括肺泡上皮細胞凋亡的增加和肺中更多的成纖維細胞聚集。這些數(shù)據表明，ATⅡ的內質網應激，至少在這些模型中可達到的水平，還不足以誘發(fā)肺纖維化。但這種內質網應激水平，可能促進肺纖維化的進程以及ATⅡ的衰老與凋亡。

另外，自噬是一個吞噬自身細胞質蛋白或細胞器的過程。其是由各種生理應激激活的細胞過程，當細胞質組分發(fā)生功能失調時，雙壁膜囊泡便可將其包裹隔離，形成自噬體，并遞送至溶酶體以進行破壞和再循環(huán)，其作為一個清除功能失調組分的過程，在細胞的衰老與凋亡中都發(fā)揮重要作用[25]。目前研究發(fā)現(xiàn)，ATⅡ自噬功能的改變可能也在肺纖維化中扮演重要的角色[26]。如前所述，IPF患者肺組織中ATⅡ表現(xiàn)出過度的內質網應激[18-19]，這種現(xiàn)象正是促進細胞自噬發(fā)生的關鍵因子[27]，但此時，在纖維化中ATⅡ細胞的自噬能力卻與正常相比相對不足。Bueno等[28]觀察到，在IPF患者中ATⅡ表現(xiàn)出明顯的畸形和功能障礙的線粒體積聚。而這種IPF中線粒體受損和肺衰老的改變，與線粒體自噬密切相關的PINK1低表達有關。另外，關于肺纖維化，自噬的增加也可能不是完全有利的，在某些情況下可能也促進細胞的衰老和凋亡。研究發(fā)現(xiàn)，在胺碘酮激發(fā)導致的肺損傷中，Ⅱ型上皮細胞發(fā)生進行性的肥大和板層小體聚集，聚集的板層小體不斷被膜包裹，形成自噬體。然而，在這種情況下，板層小體的積累與更多自噬體的形成并沒有減少纖維化的作用，反而促進了肺間質纖維化的發(fā)展和上皮細胞的凋亡[29-30]。

最后，IPF中肺泡ATⅡ的凋亡還可能是基因組不穩(wěn)定性，DNA損傷和異常DNA修復的結果。ATⅡ端粒反轉錄酶（TERT）、端粒酶RNA組分（TERC）以及其他端粒相關基因的改變均參與其中[31-32]。

總的來說，ATⅡ在各種有害因素的影響下，會發(fā)生一系列的變化。而這些變化最終會導致ATⅡ的功能失調和凋亡，從而影響IPF的發(fā)生和發(fā)展。

三、ATⅡ、成纖維細胞和免疫細胞在IPF中的影響和聯(lián)系

如前所述，在有害因素損傷和（或）基因突變的情況下，肺泡上皮不斷損傷，導致上皮基底層剝離，ATⅡ開始增殖以填充間隙并重新覆蓋裸露的基底層。如果其大量衰老凋亡不足以填補空缺時，間質成纖維細胞便被激活并開始產生過量的ECM成分[14]。盡管，當前研究表明從肺泡上皮損傷到成纖維細胞的聚集和激活再到過量的ECM產生是一個極其復雜的過程，尚且不完全清楚。但是，ATⅡ在纖維化的過程中發(fā)揮的多重作用卻不可忽視。目前，已有研究表明，ATⅡ在多個方面和IPF的進程相關[33]。

（一）促纖維化的環(huán)境以及其對ATⅡ和成纖維細胞的影響

IPF中涉及許多復雜的信號因子和途徑，這些因子和途徑協(xié)調肺纖維化的發(fā)病機制，導致促凋亡和促纖維化環(huán)境。TGF-β信號傳導對于胚胎發(fā)育期間和成年期的形態(tài)發(fā)生是非常重要的。然而，在受損組織中，TGF-β1可充當主要的促纖維化細胞因子，誘導成纖維細胞募集，并促進肌成纖維細胞的增殖、分化以及ECM的沉積[34]。同時，TGF-β1作為纖維化重塑的關鍵參與者，不僅充當纖維細胞聚集、增殖和分化的重要促進者，也對體內ATⅡ具有重要作用。研究表明，肺泡腔中TGF-β1分泌增加可導致ATⅡ頂膜表面積減少，基底外側表面積增加，發(fā)生極化，從而降低肺的順應性[35]。這種ATⅡ與間質成纖維細胞之間的失調串擾被證明對于纖維化重塑的進展具有重要意義[36]。另外，關于ATⅡ和TGF-β還存在另一種影響，受損凋亡的ATⅡ可表達更多的上皮細胞整合素αvβ6，而上皮細胞整合素αvβ6可以誘導潛在的TGF-β復合物發(fā)生構象變化，又通過以上途徑促進纖維化[33]。

溶血磷脂酸（lysophosphatidic acid，LPA），是一種具有生物活性的脂質，可通過LPA1受體介導外周肌成纖維細胞的遷移以及彈力蛋白的合成，在肺部發(fā)育和衰老中十分重要。目前研究顯示，在IPF患者支氣管肺泡灌洗液中LPA水平與正常人相比升高，LPA可能作為促凋亡信號傳導的因子促進ATⅡ的凋亡，并且可保護成纖維細胞不受細胞凋亡的影響[37]。

（二）起始事件：ATⅡ損傷引起促纖維化級聯(lián)反應

盡管免疫抑制劑在臨床上對IPF的治療沒有影響，但對上皮的損傷通常在肺中引發(fā)免疫應答。當ATⅡ損傷后，受損的上皮可釋放多種趨化因子，如RANTS、MCP-1以及GM-CSF，這些趨化因子能夠將炎性單核細胞、嗜中性粒細胞等募集到損傷部位。在單一損傷中，例如感染或過敏原暴露，單核細胞分化成巨噬細胞，吞噬纖維蛋白凝塊而中性粒細胞可去除碎片并殺死入侵細菌。但在重復損傷的情況下，例如在IPF中，中性粒細胞和巨噬細胞不能足夠快地消除，它們的存在不僅可加劇炎癥反應，還可連續(xù)產生活性氧（reactive oxide species，ROS）從而加劇纖維化[38-39]。據Günther等[40]報道稱，巨噬細胞移動抑制因子（macrophage migration inhibitory factor，MIF）治療可減輕模型小鼠的肺纖維化，這表明上皮細胞的損傷引起巨噬細胞聚集在肺纖維化的進程中十分重要。另外，Cao等[41]發(fā)現(xiàn)，在纖維化中，聚集在血管周圍巨噬細胞，可阻礙ATⅡ的增殖，使修復進程向纖維化的方向發(fā)展。

除了中性粒細胞、單核細胞外，其他一些因損傷而聚集的先天性髓樣細胞，例如Th1、Th2、Th17、Treg也被認為在肺中具有促纖維化作用[38]。研究發(fā)現(xiàn)，肺中募集的Th2可分泌白細胞介素-13（interleukin-13，IL-13）直接促進纖維細胞的增殖和上皮細胞的凋亡，并且選擇性刺激和激活轉化生長因子 β（transforming growth factor-beta，TGF-β）從而誘導組織纖維化。同時，Th1分泌的干擾素γ（Interferon-γ，IFN-γ）也被認為在肺纖維化中具有重要作用[42]。另外，過度的炎癥細胞募集進一步加強血管內皮的損傷，凝血級聯(lián)中活化的血小板釋放可促纖維化因子如血小板衍生生長因子和TGF-β1加重纖維化的發(fā)生[43-44]。再者，Yang等[45]還發(fā)現(xiàn)，損傷后的小鼠ATⅡ細胞會產生過多的Ⅰ型膠原蛋白，這與炎癥的消退有關。并且過多的Ⅰ型膠原蛋白可通過膠原蛋白受體盤狀結構域受體，直接激活成纖維細胞，導致基質蛋白產生過量。總的來說，ATⅡ的損傷引起的滲出物和肺泡腔內凝血級聯(lián)的激活，形成臨時基質。后者由成纖維細胞和肌成纖維細胞侵入，在促纖維的環(huán)境下不斷聚集、激活，產生更多的ECM。

（三）肌成纖維細胞的聚集與ATⅡ

肺泡上皮損傷激活成纖維細胞分化為肌成纖維細胞，然后形成特征性成纖維細胞灶，分泌過量的ECM被認為是纖維化的過程。肌成纖維細胞作為纖維化過程中關鍵因素，近年來備受關注。關于肌成纖維細胞的來源，目前主要有三種假說。一種是來源于局部的成纖維細胞，據報道稱，損傷發(fā)生后，在血小板分泌血小板衍生生長因子和來自上皮的TGF-β、腫瘤壞死因子α的作用下（ATⅡ可能是其主要來源），局部成纖維細胞向損傷部位的遷移，并分化為肌成纖維細胞[46]。由于細胞彼此接近，這種假設非常有吸引力，靜息的常駐成纖維細胞可以立即暴露于響應損傷而分泌的細胞因子和趨化因子的環(huán)境中而被激活。然而，這種情況可能是初始爆發(fā)的原因，在肌成纖維細胞接管的大面積肺纖維化中可能不足。第二種理論認為，肌成纖維細胞可能來源于循環(huán)CXCR4陽性纖維細胞（或循環(huán)間充質細胞），這些細胞通過上皮細胞（包括ATⅡ）中趨化因子CXCL12的高表達而被吸引到肺部[47]。Heukels等[48]發(fā)現(xiàn)在IPF患者的血液中具有更多的循環(huán)纖維細胞，這是該理論的有力證據。第三種來源的理論是上皮-間質轉化，既上皮細胞通過失去一些特征性的上皮表型，如E-鈣黏蛋白，或者通過去分化表達一些肌成纖維細胞的標記物如α-平滑肌肌動蛋白和纖維連接蛋白等。目前，研究發(fā)現(xiàn)上皮-間質的轉化可能涉及的關鍵途徑是Wnt信號通路，并與ATⅡ關系密切。據報道，在過表達WNT-1誘導信號蛋白或WISP-1的ATⅡ中，一些促纖維化標志物的分泌增多，如MMP-7和纖溶酶原激活物抑制物 1（PAI-1），這些標志物可在相鄰上皮細胞中誘導上皮-間質轉化[49]。

總之，IPF是一種嚴重影響肺部結構和功能的疾病，且其發(fā)生和發(fā)展過程十分復雜。ATⅡ作為維持肺的結構和功能的關鍵細胞，在肺纖維化的發(fā)生和發(fā)展中極其重要。異常衰老、凋亡的ATⅡ不僅被認為是纖維化發(fā)生的始動因素，并且能在之后的各個環(huán)節(jié)對其進程產生影響，這其中包括臨時基質的形成、成纖維細胞的聚集、活化，間質-上皮的轉化等等。目前，已有大量的研究證明ATⅡ在IPF中的重要作用。同時，也逐漸有許多針對其特殊改變的新藥被發(fā)現(xiàn)。但是，何種原因導致ATⅡ發(fā)生異常的衰老凋亡，其異常的衰老凋亡的機制又是何種原因并不完全清楚。并且，異常衰老凋亡的ATⅡ除了通過分泌趨化因子的方式引發(fā)免疫反應，聚集、激活成纖維細胞，是否還有通過直接接觸等方式促進纖維化，成纖維細胞反過來對ATⅡ衰老和凋亡的異常又有何種影響，這些改變有哪些可以成為臨床治療的靶點等問題都需要進一步探究。不過，總的來說，當前關于IPF的各項研究正在如火如荼的進行，隨著對其發(fā)生發(fā)展機制的不斷探究，相信不久的將來，IPF的治療一定會更上一個臺階。