肺泡Ⅱ型上皮细胞功能的研究进展

杨 青（综述） 王桂芳（审校）

（1复旦大学上海医学院08级临床医学八年制 上海 200032；2复旦大学附属中山医院呼吸内科 上海 200032）

哺乳动物的肺泡上皮主要由肺泡Ⅰ型上皮细胞（alveolar epithelial typeⅠcell，AT1）和肺泡Ⅱ 型上皮细胞（alveolar epithelial typeⅡcell，AT2）构成。AT2分布于AT1之间及其与相邻肺泡间隔结合处，数量较AT1多，覆盖约5%的肺泡表面积。AT2被认为是合成和分泌肺泡表面活性物质及其相关蛋白的主要细胞，同时还具有增殖分化、肺水转运、参与固有免疫等多种功能。AT2的正常功能对维持肺泡结构和功能及局部环境稳态具有重要作用，对其相关机制的研究有助于深入理解肺泡生理功能的机制，其相关基因、调控因子和影响因素的研究受到广泛关注。AT2功能状态的改变被认为与多种肺损伤及肺部疾病的发生有关，对其功能的调控具有一定的临床应用前景，但其在肺损伤与疾病中的具体作用及机制仍待进一步阐明。本文拟就AT2受关注的主要功能及其研究进展作一综述。

合成和分泌肺泡表面活性物质肺泡表面活性物质（pulmonary surfactant，PS）是复杂的脂类蛋白质混合物，其中甘油磷脂约占80%（主要是二棕榈酰卵磷脂，dipalmitoylphospha tidylcholine，DPPC），胆固醇约10%，蛋白质约10%。蛋白质主要为肺泡表面活性物质相关蛋白（surfactant－associated protein，SP）包括SP－A，SP－B，SP－C和SP－D，其中SP－B和SP－C是疏水性小分子，SP－B在嗜锇性板层小体（osmiophilic lamellar body，LB）的生物合成中有重要作用；SP－C是一种跨膜蛋白，在脂质的跨膜转运等过程中发挥重要作用；SP－A和SP－D则属凝集素家族，是肺泡固有免疫的重要组成部分（见下文），也对脂质的分泌及再摄取起调节作用。PS在肺泡液－气界面形成单分子层，起到降低肺泡表面张力的作用，对维持肺泡正常结构和稳定通气具有重要作用；PS及其相关蛋白还参与固有免疫，并在氧化损伤中对肺泡有保护作用。合成和分泌PS是AT2被广泛研究的功能，涉及胞内合成、包装进入嗜锇性板层小体、转运至顶端膜、融合及出胞等过程。

AT2对PS的合成和分泌受多种因素影响。呼吸过程中对AT2的机械牵张被认为是最基本的生理促进因素，深呼吸、体力劳动等能促进PS的合成和分泌。Andreeva等［1］对原代培养AT2的研究发现，周期性规律性的牵张力能在不增加细胞损伤的情况下促进PS分泌，并且其促进作用强于单调无变化的牵张，而过度牵张可抑制PS的分泌。气液界面和其间的表面张力是肺泡内的重要物理因素。Ravasio等［2］研究提出，将体外培养的AT2暴露于空气后，其PS的出胞作用增强且胞内Ca2＋浓度上升，研究者认为这和AT2“感知”逐渐靠近的气液界面有关。进一步的动态模型研究显示，出胞作用的增强不针对固定距离的气液界面，而是对与气液界面距离改变的应答，相关现象及其机制仍待进一步研究确证及阐明。

PS的合成和分泌还受多种局部环境分子影响。例如，角化细胞生长因子（keratinocyte growth factor，KGF）可促进 AT2增殖和合成分泌 PS［3］。Torday等［4］研究发现，肺循环中三酰甘油增多时，肺泡成纤维细胞会摄取脂滴并将其转运给AT2用以合成PS脂质，同时SP－B的表达也以时间－剂量依赖方式增长。气液界面有助于维持体外培养AT2的分化及PS表达，Ito等［5］研究发现，AT2顶端膜浸没时SP的分泌受到明显抑制，这种作用可能与氧分压降低有关，可能由缺氧诱导因子（hypoxia inducible factor，HIF）介导，但也有其他实验现象与此相悖，尚待进一步研究。肺泡表面直接与环境接触，是机体重要的免疫屏障。AT2对PS的合成和分泌也受多种炎症因子及病原微生物成分影响。

PS的合成、分泌是多因素多步骤的复杂过程，对其中关键蛋白、受体等的研究受到广泛关注。ATP 结 合 盒 A3 （ATP－binding cassette A3，ABCA3）是一种在肺、脑等组织中高表达的脂类转运蛋白在AT2中亦高表达。罹患针对ABCA3的自身免疫疾病的新生儿多死于由PS缺乏导致的呼吸衰竭。Besnard等［6］的研究显示，肺泡上皮Abca3基因敲除小鼠LB结构改变、PS分泌不足且成分改变、脂质分泌功能紊乱，多死于新生期。提示ABCA3在PS的合成、分泌中起到关键作用。膜联蛋白 A2（annexin A2）属 Ca2＋依赖的磷脂结合蛋白，在AT2高表达，一些研究表明膜联蛋白A2参与Ca2＋介导的出胞作用。Gou等［7］沉默AT2中膜联蛋白A2基因表达，发现引起61个基因改变，其中涉及PS合成、分泌中的多个环节。对相关基因、蛋白、受体等的研究，将有助于进一步阐明AT2合成和分泌机制，理解多种肺疾病的发病机制，有助于研究药物作用靶位等，故而受到广泛关注，但仍有诸多问题待研究解决。

多种因素影响PS合成，分泌主要通过不同受体激活蛋白激酶A、C（protein kinase－A，C，PK－A，－C）、钙／钙调素依赖性蛋白激酶（calcium／calmodulin－dependent protein kinase，CaMK）进行。主要涉及的受体有肾上腺素受体β2、肾上腺素受体A2B、嘌呤受体P2Y2等［8］。对PS合成、分析相关信号通路的研究已广泛开展，但仍待深入。

增殖、分化和修复功能AT2被认为是肺泡上皮的祖细胞，具有增殖和分化为AT1的能力，参与多种肺组织细胞适应、损伤、修复的生理及病理过程。早先研究发现，在肺泡上皮损伤时，AT2可分化为AT1修复损伤的肺泡上皮，在体外传代培养细胞中，AT2也可失去AT2特征并获得AT1特征。后续研究验证了相关结论。

牵拉力是肺泡上皮细胞分化发育的基本刺激因素，AT1／AT2细胞数目的平衡在维持肺泡正常结构功能中有重要作用。Foster等［9］对体外培养AT2的研究发现，稳定（缺少变化）的牵拉力促进AT2向AT1分化，该作用可能是由rho－GTP酶通路介导的。这种牵拉力诱导的细胞分化可能在肺泡上皮细胞适应和某些疾病（如肺气肿）的发病中起作用，但其机制及作用仍待进一步研究，相关现象也仍须体内实验的研究支持。AT2增殖分化的相关信号通路研究颇受关注，Samuelsen等［10］对体外培养大鼠AT2的研究认为环磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）和蛋白激酶 AⅡ（protein kinase AⅡ，PKAⅡ）的激活在AT2的增殖中有重要作用。此外，AT2增殖分化可能涉及的其他通路研究也已广泛开展。

上皮－间质转化（epithelial－mesenchymal transition，EMT）被认为是器官发育、损伤修复、组织器官纤维化、肿瘤发生及转移的重要步骤。研究发现转化生长因子β1（transforming growth factorβ1，TGF－β1）等多种细胞因子可诱导AT2发生EMT。Kolosionek等［11］研究认为，磷酸二酯浓度升高在TGF－β1诱导的AT2EMT中发挥重要作用。AT2发生EMT可能在肺组织损伤后纤维化及肺癌转移中扮演重要角色，是当前研究的热点，其发生条件、影响因素、在疾病发生中的作用等受到关注。

肺泡内液体平衡生理状态下，肺泡表面有薄层液体，有观点认为与肺泡上皮细胞的分泌作用有关。正常肺泡上皮对过多的肺泡腔内液体有清除作用，多种肺损伤及疾病造成肺泡内液体积聚时，常伴有肺泡上皮液体吸收功能障碍。AT2具有调节肺泡内液体含量的功能，传统观点认为主要表现在吸收过量液体方面，但也有观点认为AT2可向肺泡腔内分泌液体，从而有助于在不同条件下维持肺泡内液体平衡，该观点得到近期一些实验支持，但仍有争议［12］。

AT2对肺泡液体的吸收主要依赖Na＋离子流，顶端膜表达的阿米洛利敏感的上皮钠通道（epithelial sodium channel，ENaC）是AT2吸收Na＋的主要通道，吸收的Na＋通过基底膜的Na＋－K＋ATP酶转运至肺泡间质。此外，AT2顶端膜还表达Cl－通道，其中囊性纤维 化 跨 膜 受 体 （cystic fibrosis transmembrane conductance receptor，CFTR）被认为可能参与 AT2向肺泡腔内分泌液体。Bove等［12］研究认为，AT2可依据肺泡内液体量的情况、受局部信号分子影响而表现为吸收或分泌液体，维持表面约4～5μm的液体层厚度。其中液体分泌主要通过CFTR分泌Cl－进行，并可以AT2自分泌ATP的方式促进。同时研究者也指出，AT1在肺泡液体吸收及分泌中的作用尚待研究［13］。

肺泡内液体积聚是多种肺损伤及疾病的重要病理过程，AT2吸收肺泡腔内液体的功能受多种细胞因子和病原微生物成分影响，可能在相关损伤与疾病的发生发展中有重要意义。如有报道称肿瘤坏死因子 ɑ（tumor necrosis factorɑ，TNFɑ）可 下 调ENaC介导的Na＋转运，抑制AT2对肺泡内液体的吸收，但也有TNFɑ促进肺泡内液体清除的报道，故相关问题仍待进一步研究。Yamagata等［13］对大鼠急性肺损伤模型及体外培养大鼠AT2的研究支持TNFɑ抑制ENaC功能和AT2肺水清除能力的结论，但研究者也指出这可能是AT2直接暴露于高浓度TNFɑ下的结果，仍需进一步确证。Boncoeur等［14］研究发现，脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）可使AT2顶端膜ENaC Na＋流下降约60%，但对ENaC的表达量影响不大。进一步研究显示该作用与ATP释放及嘌呤受体P2Y2激动有关。

此外，AT2分泌PS在肺泡腔表面形成单分子层，降低肺泡表面张力，从而降低了肺泡腔内负压对肺组织的抽吸，也对防止和减轻液体向肺泡腔内渗出有重要作用。

参与固有免疫及免疫调节AT2以多种方式参与固有免疫和免疫调节。AT2分泌多种抗菌成分，如溶菌素、补体（C2、C3、C4、C5）等，PS成分SP－A、－D也在固有免疫中发挥重要作用。AT2表达多种受体，如 Toll样受体（Toll like receptor，TLR）等，参与对病原微生物的识别。AT2还可分泌细胞因子，如CCL2、CXCL10等趋化因子，参与对中性粒细胞、单核细胞等的趋化。近来还有研究提出，AT2可能在肺部细菌感染早期（大量中性粒细胞进入病灶部位前）有吞噬细菌的功能［15］。此外，AT2表达主要组织相容性 复 合 体Ⅱ（major histocompatibility complex，MHCⅡ），被认为与抗原呈递和诱导免疫耐受有关。

AT2在肺泡固有免疫中发挥重要作用。AT2分泌的SP－A和SP－D是亲水性大分子，属凝集素家族。SP－A、－D基因敲除小鼠较野生型更易发生肺部感染，急性肺损伤患者支气管肺泡灌洗液内SP－A浓度明显下降等实验现象都提示了SP－A、－D的重要免疫作用。Ito等［16］研究发现，白细胞介素13（interleukin－13，IL－13）和 干扰 素 γ（interferon－γ，IFN－γ）对4种主要SP成分的调节有明显差别，并进一步提出辅助性 T 细胞1／2（helper T cell 1／2，Th1／Th2）功能失衡可能在多种肺疾病的发病中有重要作用（IL－13主要由 Th2分泌，IFN－γ主要由Th1分泌）。但IL－13和IFN－γ对SP水平的具体影响尚有争议，且在人、鼠间有差异，故仍待进一步研究。Garcia－Verdugo等［17］研究发现，LPS可能通过TLR引起PS出胞、分泌增强，在G－细菌感染中有一定意义。此外，表达多种趋化因子也是AT2固有免疫功能的重要方面，其中表达量高并受到广泛关注的有趋化因子 CC（CC chemokines，CCL）和趋化因子CXC（CXC chemokines，CXCL）。已知CCL可趋化单核细胞、嗜酸／碱性粒细胞、树突状细胞、记忆性T细胞等，CXCL可趋化记忆性T细胞、自然杀伤细胞等。Pechkovsky等［18］研究发现，Th1、Th2分泌的多种细胞因子，如IL－1β、IFN－γ等对 CCL和CXCL有明显且有差异的调节作用，研究者认为，生理状态下AT2组成性表达的CCL和CXCL有助于维持肺泡内白细胞于“稳态”，而细胞因子调节下的表达变化则可能参与肺泡免疫防御、免疫紊乱等多种生理病理过程。Liu等［19］研究认为，IL－17和TNFɑ对体外培养人胚胎AT2表达CXCL5的上调有协同作用，且AT2对CXCL5的表达具有极性，可能对识别病灶部位有关。关于细胞因子对AT2分泌趋化因子的调节作用、相关影响因素及相互作用机制仍有许多问题未解决，待进一步研究阐明。

除固有免疫外，AT2可能还参与获得性免疫的抗原呈递和免疫耐受诱导等过程。AT2表面表达一般在专职抗原呈递细胞表达的MHCⅡ，故被认为可能参与抗原呈递和T细胞的激活［20－22］。但实验显示AT2表面不表达激活初始T细胞所必需的辅助分子CD80、CD86，故有研究者认为AT2不能激活初始T细胞，但可在MHCⅡ与相应T细胞结合并在缺乏共刺激信号的情况下诱导针对特异抗原的免疫耐受［21］。还有研究显示AT2表面可表达CD54、CD106等共刺激分子，虽不能激活初始T细胞，但可以激活记忆性T细胞，介导获得性免疫［20］。Debbabi等［20］对体外培养AT2的研究认为其可向CD4＋T细胞呈递结核杆菌抗原，主要起激活免疫记忆作用。Lo等［21］则认为AT2激活T细胞的作用不明显，但可通过MHCⅡ途径诱导对特异抗原的免疫耐受。Gereke等［22］研究认为，AT2能通过分泌抑制性细胞因子、诱导调节型T细胞产生等方式，诱导对自身抗原的免疫耐受。以上不一致结论的得出，可能与相关实验采用的不同条件和不同抗原有关，也可能涉及更为复杂的相互作用机制。关于AT2参与获得性免疫和免疫调节的作用还有诸多问题未明，尚待进一步研究。

由于AT2在肺部免疫中的重要作用及其在多种肺部疾病中的功能变化受到关注，相关研究大量开展。如 Wang等［23］研究发现流感病毒 A刺激AT2表达多种趋化因子和上调PS分泌。对吸烟者和慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary diseases，COPD）患者的肺组织病理分析发现，COPD患者AT2高表达颗粒酶A［24］，吸烟者和吸烟的COPD患者肺泡中AT2增多但分泌SPA的AT2比例减少，且这一比例减少与第一秒用力呼气量的减少成正相关［25］。以上研究提示AT2可能在COPD的病理过程中扮演重要角色。

AT2以多种功能、机制参与维持肺泡的正常结构和功能，参与细胞再生、组织修复与纤维化、免疫防御等多种过程。AT2的功能状态受多种环境因素影响及调控，且在多种肺损伤和疾病（如肺部炎症、肺水肿、COPD等）中其功能有不同变化，可能参与多种肺损伤及疾病的病理过程，但相关问题的结论仍不一致；对AT2功能的影响因素及其发挥功能涉及的主要物质、信号通路等的了解仍很有限；AT2在多种疾病发病中的地位和作用尚不清楚。因此，未来对AT2功能的系统研究，将有助于深入理解肺泡功能的生理基础和多种肺部疾病的病理机制。对AT2功能的调节可能在多种肺损伤及疾病的防治中具有临床应用前景。

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