Ⅱ型肺泡上皮细胞凋亡在高氧肺损伤中的作用机制

张 勇 综述，廖 志 审校

(四川省妇幼保健院新生儿科，四川成都610031)

随着新生儿重症监护技术水平的不断提高，早产儿的生存率明显增加，氧疗导致的肺损伤发生率也逐年增加，并逐渐成为威胁早产儿生存质量的重要因素。Ⅱ型肺泡上皮细胞(AECⅡ)是肺组织中的重要细胞，其功能状态是决定肺损伤病理转归的主要因素。AECⅡ的存活和凋亡影响肺损伤修复结局[1，2]。有研究表明，高氧导致的 AECⅡ凋亡在高氧肺损伤中起重要作用[3～6]。本文就高氧肺损伤引起AECⅡ凋亡机制作一综述。

1 外源性凋亡途径

外源性凋亡路径与细胞表面死亡受体激活有关，也称为死亡受体路径。细胞表面死亡受体属于肿瘤坏死因子(tumour necrosis factor，TNF)受体家族，目前发现至少有6种死亡受体，都包含死亡结构域(death domain，DD)。高氧可促进肺组织中多种炎性细胞因子的表达[7]，其中包括TNFα。其配体与细胞表面的死亡受体结合，形成诱导死亡信号复合体(DISC)，能与人胱天蛋白酶8(caspase-8)前体的死亡效应区域结合，催化caspase-8前体反式激活，导致自身裂解，形成并释放活性 caspase-8，激活caspase-3，导致 easpases的级联反应，引起细胞凋亡。激活的caspase-8可以裂解BH3结构域相互作用促凋亡蛋白(Bid)形成短截Bid(tBid)[8]并移位到线粒体，使线粒体外膜通透性增加[9]，引起线粒体内细胞色素c和Caspase-2、3、7、9前体因子释放，形成凋亡复合体，导致细胞凋亡，从而使死亡受体通路与线粒体通路联系起来，有效地放大凋亡信号。Kuroki[10]对 TNF 基因敲除(TNF-/-)小鼠用博来霉素诱导肺损伤模型的研究显示，TNF+/+的小鼠凋亡细胞多于TNF-/-的小鼠，表明内源性的TNF在高氧肺损伤中起着重要的作用，是促进高氧肺损伤时肺泡上皮细胞凋亡的重要介质。

2 内源性凋亡途径

内源性凋亡路径，又称线粒体凋亡路径，是引发细胞凋亡的重要途径，不同凋亡途径都通过作用于线粒体来决定凋亡是否发生[11，12]。线粒体通透性转换孔 (mitochondfia permeability transition pore，MPTP)对细胞的命运起着决定性作用[13]。主要包括：caspase依赖性凋亡途径和非caspase依赖性凋亡途径。

2.1 半胱氨酸蛋白酶(caspase)依赖性凋亡caspases家族是细胞凋亡中的重要分子，其中，caspase-3的激活是凋亡信号的共同途径和最终执行者，在caspase依赖的细胞凋亡途径中起着至关重要的作用。研究表明，caspase-3参与了高氧肺损伤引起的细胞凋亡。在caspase依赖性细胞凋亡途径中细胞色素c(Cytc)从线粒体的释放被认为是凋亡过程中的关键事件。高氧肺损伤时Cytc通过线粒体去极化开放通透性转换孔、关闭电压依赖性阴离子通道产生线粒体膨胀外膜破裂、以及通过B细胞淋巴瘤/白血病-2(2Bcl-2)超家族在其外膜上插入并寡聚化而形成的可渗透性通道释放到胞浆中。这可能与高氧造成的细胞氧化应激有关，因为氧化应激时线粒体内Ca2+水平上升是导致线粒体通透性转换孔开放的关键[14]。Cytc释放到胞浆后通过与胞浆中凋亡蛋白酶活化因子(Apaf-1)和前Caspase-9相互作用，形成复合物活化 caspase-9，再依次激活caspase-3、6、7 等，最终导致细胞凋亡。

2.2 非caspase依赖性凋亡途径 在线粒体依赖凋亡途径中，除了caspase依赖性凋亡途径外，还有非caspase依赖性凋亡途径。凋亡诱导因子(AIF)和核酸内切酶G(EndoG)是线粒体依赖性途径中介导非caspase依赖细胞凋亡的主要效应分子。正常情况下，AIF和EndoG定位于线粒体膜间隙中，当线粒体受到凋亡刺激时，线粒体膜通透性转换孔道开放，线粒体外膜破裂，引起AIF和EndoG从线粒体释放。AIF和EndoG从线粒体释放后，移位到细胞核内，激活内源性核酸内切酶，切割细胞核染色质DNA，使DNA断裂从而引发不依赖于caspase的细胞凋亡[15，16]。在高氧肺损伤时，细胞内 ROS(活性氧)明显升高，高浓度的ROS可直接或间接引起线粒体外膜的通透性增加，促进AIF和EndoG的释放和核转位，启动非caspase依赖的细胞凋亡[17]。还有其他线粒体膜间隙蛋白如Omi/HtrA2等也可以启动和参与非caspase依赖性凋亡途径。

3 内质网途径

内质网途径是新近发现的凋亡途径，主要通过内质网应激(ERS)来介导。适量应激会激活未折叠蛋白反应(unfolded protein response，UPR)，对细胞有利，但是长时间过强的 ERS则启动细胞凋亡[18]。ERS介导的凋亡主要通过caspase-12途径、CHOP(增强子结合蛋白)途径和肿瘤坏死因子受体相关因子-凋亡信号管理激酶l途径进行。研究显示，al抗胰蛋白酶Z蛋白(ctl.ATZ)在内质网的沉积可诱导细胞凋亡[19]。生长抑制和 DNA损伤诱导基因(GADD)153/CHOP是ERS特异的转录因子，与各种细胞凋亡密切相关[20]。内质网是细胞加工蛋白质和贮存Ca2+的主要场所，内质网上与钙离子通道相关的IP3受体和ryanodine受体及Ca2+-Na+交换体都受氧化还原的调控，对应激极为敏感。在高氧肺损伤时，氧自由基增多，细胞内氧化还原反应剧烈，脂质过氧化作用明显，内质网产生应激，导致内质网内的钙失衡或未折叠蛋白过度沉积，通过以上途径诱导细胞凋亡。

总之，细胞凋亡在高氧肺损伤的病理生理过程中具有十分重要的作用，其机制也十分复杂。研究表明，通过抑制细胞凋亡可有效减轻高氧肺损伤[21，22]。因此，从凋亡的角度深入探讨高氧肺损伤的细胞凋亡机理，探明高氧肺损伤时细胞凋亡机制，有可能为临床治疗高氧肺损伤找到新的治疗靶点。

[1]Perl M，Chung CS，Perl U，etal.Fas-induced pulmonary apoptosis and inflammation during indirect acute lung iriury[J].Am JRespir Crit Care Med，2007，176(6):591-601.

[2]Matute-BclloG，Wurful MM，Lee JS，et a1.Essential role of MMP-12 in Fas-induced lung fibrosis[J].Am JRespir Cell Mol Biol，2007，37(2):210-221.

[3]黄波，李青，叶梅，等.神经肽P物质对高体积分数氧暴露下大鼠Ⅱ型肺泡上皮细胞的调控作用[J].实用儿科临床杂志，2009，24(8):607-609.

[4]Wang X，Wang Y，Kim HP，etal.Carbonmonoxide protects againsthyperoxia-induced endothelial cell apoptosis by inhibiting reactive oxygen species formation[J].JBiol Chem，2007，282(3):1718-1726.

[5]James MB，Angela MP，Steven EW，etal.Critical roles of inflammation and apoptosis in improved survival in amodel ofhyperoxia-induced acute lung injury in pneumocystismurina-infected mice[J].Infection and Immunity，2009，77(3):1053-1060.

[6]Barbas-Filho JV，Ferreira MA，Sesso A，etal.Evidence of type Ⅱpneurmocyte apoptosis in the pathogenesis of idiopathic pulmonary fibrosis(IFP)/usual interstitial pneumonia(U IP)[J] .J Clin Pathol，2001，54(2):132-138.

[7]张晓慧，初清，丁艳洁，等.细胞因子在高氧肺损伤中表达的研究[J]. 中国新生儿科杂志，2009，12(4):223-226.

[8]Haudek SB，Taffet GE，Schneider MD，etal.TNF provokes cardiomyocyte apoptosisand cardiac remodeling through activation ofmultiple cell death pathways[J].JClin Invest，2007，117(9):2692-2701.

[9]Belizário JE，Alves J，Occhiucci JM，etal.A mechanistic view ofmitochondrial death decision pores[J].JMed Biol Res，2007，40(8):1011-1024.

[10]Kuroki M，Noguchi Y，Shimono M，etal.Repression of bleomycininduced pneumopathy by TNF[J].The Journal of Immunology，2003，170(1):567-574.

[11]Tsujimoto Y，Shimizu S.Role of themitochondrialmembrane permeability transition in cell death[J].Apoptosis，2007，12(5):835-840.

[12]Kinnally KW，Antonsson B.A tale of twomitochondrial channels，MAC and PTP in apoptosis[J].Apoptosis，2007，12(5):857-868.

[13]Yan M，Zhu P，Liu HM，et a1.Ethanol induced mitochondria injury and permeability transition pore opening:Role ofmitochondria in alcoholic liver disease[J].World JGastroenterol，2007，13(16):2352-2356.

[14]Heidi K，Baumgartner A，Julia V，etal.Calcium Elevation in Mitochondria Is the Main Ca2+Requirement for Mitochondrial Permeability Transition Pore(mPTP)Opening[J].J Biol Chem，2009，284(31):20796-20803.

[15]Cho BB，Toledo-Pereyra LH.Caspase-independent programmed cell death following ischemic stroke[J].J Invest Surg，2008，21(3):141-147.

[16]Galluzzi L，Joza N，Tasdemir E，et a1.No death without life:vital functions of apoptotic effectors[J].Cell Death Differ，2008，15(7):1113-1123.

[17]Song H，Park G，Kim YS，et a1.B7-H4 reverse signaling induces the apoptesis of EBV-transformed B cells through Fas ligand upregu1ation[J].Cancer Lett，2008，266(2):227-237.

[18]Szegezdi E，Logue SE，Gorman AM，et a1.Mediators of endoplasmic reticulum stress induced apoptosis[J].EMBO Rep.2006，7(9):880-885.

[19]Mencin A，Seki E，Osawa Y，et a1.Alpha-l antitrypsin Z protein(PiZ)increases hepatic fibrosis in a murine model of cholestasis[J].Hepatology，2007，46(5):1443-1452.

[20]Oda T，Kosuge Y，Arakawa M，et a1.Distinct mechanism of cell death is responsible for tunicamycin-induced ER stress in SK-N-SH and SH-SY5Y cells[J].Neurosci Res，2008，60(1):29-39.

[21]Husari AW，Khayat A.Activated protein C attenuatesacute lung injury and apoptosis in a hyperoxic animalmodel[J].Shock，2010，33(5):467-472.

[22]Zhang M，Lin L，Lee SJ，etal.Deletion of caveolin-1 protects hyperoxia-induced apoptosis via survivin-mediated pathways[J].Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol，2009，297(5):945-953.