肺泡巨噬细胞与肺泡上皮细胞相互作用的研究进展

[摘要]"肺泡巨噬细胞位于肺泡腔表面，其作为肺内重要的免疫细胞在不同微环境条件下发挥作用，是肺部防御呼吸道病原体的第一道防线。肺泡上皮作为肺泡的基础性组织结构，承担肺呼吸、分泌、修复等多种功能。研究表明肺泡巨噬细胞与肺泡上皮细胞不仅结构相连，二者还存在多种相互作用。本文综述肺泡巨噬细胞和肺泡上皮细胞各自的基本功能，并对二者之间的相互作用进行阐述，以期为进一步研究肺的生理、病理状态提供新的研究思路。

[关键词]"肺泡巨噬细胞；肺泡上皮细胞；细胞通讯；细胞外囊泡

[中图分类号]"R563""""""[文献标识码]"A""""""[DOI]"10.3969/j.issn.1673-9701.2024.22.033

肺泡是气体交换的关键性基础结构。平静呼吸下，人体每分钟通气量可达5～9L。肺泡高频率地暴露于外界空气中，并与大量细菌、病毒、颗粒及其他可致病生化物质接触，这对肺泡内环境稳定的维持无疑是一项巨大的挑战。肺泡巨噬细胞（alveolar"macrophage，AM）分散于肺泡腔表面，约每3个肺泡中可检测到一个AM，其可通过肺泡腔之间的连接孔（Kohn孔）在各肺泡之间移动。AM是肺固有免疫的重要组成部分，是肺抵御外界微生物入侵的第一道防线。同样暴露于外界空气中的还有肺泡上皮细胞（alveolar"epithelial"cell，AEC），其在肺的物理屏障和生物屏障中均发挥重要作用。肺泡上皮损伤可在增加病原体入侵机会的同时引起表面活性物质合成与分泌障碍，从而导致肺泡整体结构与功能发生紊乱。研究表明AM与AEC相互作用在生理稳态的维持或疾病的形成中均发挥重要作用[1]。

1""肺泡巨噬细胞

目前认为驻留于肺部的巨噬细胞分布于肺泡和间质，AM来源于胚胎卵黄囊，在维持肺泡腔稳态中起主要作用，有别于来源于骨髓的间质巨噬细胞[2]。

生理情况下，AM为维持稳态在识别病原体引起适应性免疫的同时还可发挥免疫耐受功能，防止过度炎症反应和组织损伤。当AM遇到致病性病原体时，日常生理活动中起到“防线”作用的AM引发强烈炎症反应，从而对机体造成破坏[3]。其次，AM具有较强的可塑性和异质性。当巨噬细胞所处微环境发生变化时，巨噬细胞本身会出现功能和表型特征的变化，这一过程被称为巨噬细胞极化。巨噬细胞极化主要有两个方向：一种是经典激活型巨噬细胞（classically"activated"macrophage，CAM/M1），主要发挥消灭病原体、促炎等作用，若M1被过度激活可导致组织损伤；另一种是交替激活型巨噬细胞（alternatively"activated"macrophage，AAM/M2），主要发挥血管生成、抗炎和组织修复等功能[4]。AM的两种极化方向在急性呼吸窘迫综合征（acute"respiratory"distress"syndrome，ARDS）的病程进展中有具体体现。在ARDS疾病初期，大量AM极化为M1型，释放促炎因子和趋化因子，促进中性粒细胞和单核细胞聚集，促使组织炎性渗出。随着疾病进展，AM的优势群体以M2型为主，发挥促组织修复的作用，ARDS进入到增生期、纤维化期[5]。

2""肺泡上皮细胞

肺泡上皮由两种细胞类型镶嵌构成并覆盖于肺泡结构表面。Ⅰ型肺泡上皮细胞（type"Ⅰ"alveolar"epithelial"cell，AT1）为鳞状上皮细胞，覆盖肺泡上皮面积的95%，而其余5%的肺泡上皮则由立方状的Ⅱ型肺泡上皮细胞（type"Ⅱ"alveolar"epithelial"cell，AT2）构成，散在分布于AT1之间。AT1呈扁平状，其胞体延伸与肺泡毛细血管构成气血屏障的主要结构，发挥气体交换功能。目前AT1功能的研究较为缺乏，这可能与AT1缺乏特异性标志物有关[6]。

AT2主要发挥分泌、修复功能，而不具有气体交换功能。AT2最主要的分泌物为肺泡表面活性物质（pulmonary"surfactant，PS）。PS所有成分的合成、组装、储存和回收均由AT2完成。PS由AT2合成后通过胞吐方式释放到肺泡腔内。具有双亲性的PS在肺泡表面形成一层稳定的表面活性膜，起到维持肺泡大小、结构及降低肺泡表面张力的作用[7]。除PS外，AT2还可分泌抗菌肽、β-防御素2、脂质运载蛋白2等，在肺泡微环境中发挥免疫防御作用[8]。AT2还作为肺泡上皮的干细胞发挥功能，不仅可自我更新，还可分化为AT1，可在肺泡上皮受损时起到修复作用。一项利用遗传谱系追踪的类器官培养研究证实，单个谱系标记的AT2可产生肺泡样结构，其中包含AT2和表达AT1标记的细胞，相较于稳态条件下，损伤发生时AT2的这种干细胞功能会被激活得更为明显[9]。

3""AM与AEC的相互作用方式

3.1""旁分泌

在AM的生长和发育过程中，其增殖主要受粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage"colony-stimulating"factor，GM-CSF）诱导，肺中GM-CSF可来源于多种造血和非造血细胞。Gschwend等[10]建立嗜碱性粒细胞耗竭遗传模型，该模型否认调节AM的GM-CSF主要来源于嗜碱性粒细胞，且AT2产生的GM-CSF在胚胎期及婴儿期的AM分化、启动及在成年期AM自我增殖的维持中均发挥关键作用；如果AT2产生的GM-CSF表达缺失可引发AM缺陷，导致肺泡腔中蛋白质、磷脂及细胞碎片积累，引起肺泡蛋白沉积症，提示AM在生长维持中严重依赖于AT2产生的GM-CSF。

转化生长因子-β（transforming"growth"factor-β，TGF-β）在人和小鼠肺组织细胞中广泛分泌。AM分泌的TGF-β通常不具有活性，而AEC表达的整合素αvβ6是调控TGF-β功能的关键性因子，可将AM分泌的无活性TGF-β转化为活性TGF-β[11]。Morris等[12]通过基因分析发现，整合素基因缺失小鼠的巨噬细胞金属弹性蛋白酶被显著诱导，并可诱发肺气肿，而这种肺气肿则可通过TGF-β转基因过表达获得改善。这一结果提示AEC功能的完整性对AM发挥正常作用的重要性。相对的，AM分泌的TGF-β也可作用于AEC，其是促AEC纤维化的重要因素，在特发性肺纤维化、慢性阻塞性肺疾病的发展中均发挥促进作用。研究表明，抑制TGF-β的表达可通过调节Smad、Wnt、Janus激酶（Janus"kinase，JAK）/信号转导及转录活化因子（signal"transducer"and"activator"of"transcription，STAT）等信号通路抑制肺纤维化[13]。

3.2""受体与配体

呼吸道上皮广泛表达高度保守的跨膜糖蛋白CD200。肺泡中以AT2为主，而其配体CD200受体几乎完全由骨髓源性细胞表达，包括但不限于巨噬细胞、树突状细胞、中性粒细胞和嗜碱性细胞等。Patoine等[14]研究指出，在内毒素感染所致的急性肺损伤中，CD200的缺乏使得AM的活性增强，且对内毒素感染的敏感性增强，这导致炎症消退延迟并最终导致死亡，而给予CD200受体激动剂可预防炎症性肺病，限制肺部感染期间的炎症幅度和持续时间。流感病毒所致急性肺损伤相关实验也证实CD200与CD200受体的相互作用可抑制炎症因子产生及白细胞聚集[15]。这些结论均提示AM与AEC之间CD200-CD200受体相互作用在炎性肺损伤中发挥免疫耐受作用，可减轻炎性肺损伤的程度。

程序性死亡受体配体1（programmed"death-ligand"1，PD-L1）广泛表达于多种细胞表面，包括组织细胞、抗原提呈细胞（包括树突状细胞、巨噬细胞）及血管内皮细胞，通过促发负调控程序性死亡受体1（programmed"death-1，PD-1）发挥作用。PD-1不仅在淋巴细胞上表达，还表达于髓系先天免疫细胞。Wen等[16]研究发现在T细胞耗竭相关的肺上皮肿瘤中，AM中PD-L1表达水平升高，阻断PD-L1的表达可抑制肿瘤的发生，而巨噬细胞中PD-L1的表达上调与肿瘤的前期AT2细胞分泌的肿瘤坏死因子-α（tumor"necrosis"factor，TNF-α）有密不可分的关系。TNF-α可促进肿瘤炎症的发生，同时也可上调巨噬细胞PD-L1的表达。这一结果不仅给予T细胞耗竭相关的肺肿瘤新的治疗思路，也再次提示AM与AEC之间存在密不可分的交互作用，而不是单向的影响作用。

3.3""细胞连接

肺上皮细胞之间存在广泛的细胞连接，是肺泡上皮细胞屏障的重要结构。细胞连接主要由闭合蛋白、封闭蛋白及胞质外周蛋白等组成。研究发现AM与AEC之间存在缝隙连接，并起到细胞间通讯的作用。Westphalen等[17]在脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）气管滴注的急性肺损伤模型中，采用原位肺泡实时成像观察发现，AEC与AM之间存在连接蛋白43，连接蛋白43在AEC与AM之间起到电耦联作用，这种电耦联让AM与AEC形成同步的Ca2+波，产生具有免疫抑制性的相互调节作用，当特异性敲除AM上的连接蛋白43后，发现在肺泡灌洗液中的中性粒细胞招募及炎症细胞因子明显增加。这一结果提示调节连接蛋白43的表达可能是肺部炎症又一新的治疗方向。

3.4""细胞外囊泡

肺泡灌洗液中可检测到大量来自于AEC和AM的细胞外囊泡（extracellular"vesicle，EV）。若对不同条件下回收的肺泡灌洗液进行分析，可发现无菌刺激（氧化应激或酸吸入）和感染（LPS或革兰阴性菌）导致的急性肺损伤中，肺泡灌洗液中的EV均增加，但EV的来源存在差异性。无菌刺激模型里的EV主要来自AT1细胞，而感染所诱导的急性肺损伤产生的EV主要来自AM[18]。这些EV可运输各种生物活性物质，包括但不限于蛋白质、脂质、核酸等[19-20]。EV这种强大的运输功能在细胞-细胞相互作用中起至关重要的作用。

在稳态条件下，尽管存在微小的环境刺激，AM仍可持续释放抑制性细胞因子信号。抑制性细胞因子信号是一种JAK/STAT信号通路的负调节因子。JAK/STAT信号通路是一种快速反应的炎症通路，AM持续释放含有抑制性细胞因子信号的EV被AEC吸收后，抑制AEC的STAT激活。这可使AEC处于静止状态并限制正常AEC向肿瘤细胞转化[21]。

除肿瘤的发生发展，AM和AEC分泌的EV在多种急性肺损伤中发挥不同的作用。在LPS诱导的急性肺损伤中，半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1（cysteine-"aspartic"protease"1，caspase-1）可介导AM释放EV，这些包含有多种损伤相关分子模式的囊泡可介导AEC活化，引起血管间质水肿，并参与中性粒细胞的募集[22]。在Lee等[23]进行酸诱导的急性肺损伤模型中，AEC产生的微囊泡包含大量微RNA（microRNA，miR）-17或miR-221，促进AM在体外迁移及体内募集。此外，Moon等[24]发现，在高氧诱导的急性肺损伤动物模型中，AEC通过释放递送caspase-3的EV激活AM而诱导肺组织炎症反应。综上，不管是在感染性还是非感染性的肺损伤中，AM与AEC之间均可通过EV交互不同的生物活性物质达到细胞通信的目的，这些物质的交换使得两种细胞间的关系更加复杂，但随着这种方式的明确，也为两者功能的改善提供更多的可能性。

4""小结与展望

AM在不同微环境条件下发挥不同的生物学功能，而AEC不仅可通过微环境影响AM的功能，还可通过旁分泌、受体与配体的直接相互作用或缝隙连接蛋白耦联作用对AM产生作用，AM也可通过同样的途径对肺泡上皮产生影响。明确这些途径及调控因子对研究各种疾病模型下两种细胞的功能都有重要意义。由于肺泡结构的复杂性及功能细胞的多样性，关于AM与AEC相互作用有许多需要探究的内容。肺泡组织的重要结构特征大都未能在目前的体外实验中得到重建，使得这些实验结果在体内实验中验证更加困难。而这些技术难题随着3D细胞培养技术发展或基于AT2干细胞功能进行的类器官培养技术的发展有望得到解决[25]。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突。

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（收稿日期：2023–09–12）

（修回日期：2024–07–13）

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