肺泡巨噬細胞與肺泡上皮細胞相互作用的研究進展

[摘要]"肺泡巨噬細胞位于肺泡腔表面，其作為肺內重要的免疫細胞在不同微環境條件下發揮作用，是肺部防御呼吸道病原體的第一道防線。肺泡上皮作為肺泡的基礎性組織結構，承擔肺呼吸、分泌、修復等多種功能。研究表明肺泡巨噬細胞與肺泡上皮細胞不僅結構相連，二者還存在多種相互作用。本文綜述肺泡巨噬細胞和肺泡上皮細胞各自的基本功能，并對二者之間的相互作用進行闡述，以期為進一步研究肺的生理、病理狀態提供新的研究思路。

[關鍵詞]"肺泡巨噬細胞；肺泡上皮細胞；細胞通訊；細胞外囊泡

[中圖分類號]"R563""""""[文獻標識碼]"A""""""[DOI]"10.3969/j.issn.1673-9701.2024.22.033

肺泡是氣體交換的關鍵性基礎結構。平靜呼吸下，人體每分鐘通氣量可達5～9L。肺泡高頻率地暴露于外界空氣中，并與大量細菌、病毒、顆粒及其他可致病生化物質接觸，這對肺泡內環境穩定的維持無疑是一項巨大的挑戰。肺泡巨噬細胞（alveolar"macrophage，AM）分散于肺泡腔表面，約每3個肺泡中可檢測到一個AM，其可通過肺泡腔之間的連接孔（Kohn孔）在各肺泡之間移動。AM是肺固有免疫的重要組成部分，是肺抵御外界微生物入侵的第一道防線。同樣暴露于外界空氣中的還有肺泡上皮細胞（alveolar"epithelial"cell，AEC），其在肺的物理屏障和生物屏障中均發揮重要作用。肺泡上皮損傷可在增加病原體入侵機會的同時引起表面活性物質合成與分泌障礙，從而導致肺泡整體結構與功能發生紊亂。研究表明AM與AEC相互作用在生理穩態的維持或疾病的形成中均發揮重要作用[1]。

1""肺泡巨噬細胞

目前認為駐留于肺部的巨噬細胞分布于肺泡和間質，AM來源于胚胎卵黃囊，在維持肺泡腔穩態中起主要作用，有別于來源于骨髓的間質巨噬細胞[2]。

生理情況下，AM為維持穩態在識別病原體引起適應性免疫的同時還可發揮免疫耐受功能，防止過度炎癥反應和組織損傷。當AM遇到致病性病原體時，日常生理活動中起到“防線”作用的AM引發強烈炎癥反應，從而對機體造成破壞[3]。其次，AM具有較強的可塑性和異質性。當巨噬細胞所處微環境發生變化時，巨噬細胞本身會出現功能和表型特征的變化，這一過程被稱為巨噬細胞極化。巨噬細胞極化主要有兩個方向：一種是經典激活型巨噬細胞（classically"activated"macrophage，CAM/M1），主要發揮消滅病原體、促炎等作用，若M1被過度激活可導致組織損傷；另一種是交替激活型巨噬細胞（alternatively"activated"macrophage，AAM/M2），主要發揮血管生成、抗炎和組織修復等功能[4]。AM的兩種極化方向在急性呼吸窘迫綜合征（acute"respiratory"distress"syndrome，ARDS）的病程進展中有具體體現。在ARDS疾病初期，大量AM極化為M1型，釋放促炎因子和趨化因子，促進中性粒細胞和單核細胞聚集，促使組織炎性滲出。隨著疾病進展，AM的優勢群體以M2型為主，發揮促組織修復的作用，ARDS進入到增生期、纖維化期[5]。

2""肺泡上皮細胞

肺泡上皮由兩種細胞類型鑲嵌構成并覆蓋于肺泡結構表面。Ⅰ型肺泡上皮細胞（type"Ⅰ"alveolar"epithelial"cell，AT1）為鱗狀上皮細胞，覆蓋肺泡上皮面積的95%，而其余5%的肺泡上皮則由立方狀的Ⅱ型肺泡上皮細胞（type"Ⅱ"alveolar"epithelial"cell，AT2）構成，散在分布于AT1之間。AT1呈扁平狀，其胞體延伸與肺泡毛細血管構成氣血屏障的主要結構，發揮氣體交換功能。目前AT1功能的研究較為缺乏，這可能與AT1缺乏特異性標志物有關[6]。

AT2主要發揮分泌、修復功能，而不具有氣體交換功能。AT2最主要的分泌物為肺泡表面活性物質（pulmonary"surfactant，PS）。PS所有成分的合成、組裝、儲存和回收均由AT2完成。PS由AT2合成后通過胞吐方式釋放到肺泡腔內。具有雙親性的PS在肺泡表面形成一層穩定的表面活性膜，起到維持肺泡大小、結構及降低肺泡表面張力的作用[7]。除PS外，AT2還可分泌抗菌肽、β-防御素2、脂質運載蛋白2等，在肺泡微環境中發揮免疫防御作用[8]。AT2還作為肺泡上皮的干細胞發揮功能，不僅可自我更新，還可分化為AT1，可在肺泡上皮受損時起到修復作用。一項利用遺傳譜系追蹤的類器官培養研究證實，單個譜系標記的AT2可產生肺泡樣結構，其中包含AT2和表達AT1標記的細胞，相較于穩態條件下，損傷發生時AT2的這種干細胞功能會被激活得更為明顯[9]。

3""AM與AEC的相互作用方式

3.1""旁分泌

在AM的生長和發育過程中，其增殖主要受粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage"colony-stimulating"factor，GM-CSF）誘導，肺中GM-CSF可來源于多種造血和非造血細胞。Gschwend等[10]建立嗜堿性粒細胞耗竭遺傳模型，該模型否認調節AM的GM-CSF主要來源于嗜堿性粒細胞，且AT2產生的GM-CSF在胚胎期及嬰兒期的AM分化、啟動及在成年期AM自我增殖的維持中均發揮關鍵作用；如果AT2產生的GM-CSF表達缺失可引發AM缺陷，導致肺泡腔中蛋白質、磷脂及細胞碎片積累，引起肺泡蛋白沉積癥，提示AM在生長維持中嚴重依賴于AT2產生的GM-CSF。

轉化生長因子-β（transforming"growth"factor-β，TGF-β）在人和小鼠肺組織細胞中廣泛分泌。AM分泌的TGF-β通常不具有活性，而AEC表達的整合素αvβ6是調控TGF-β功能的關鍵性因子，可將AM分泌的無活性TGF-β轉化為活性TGF-β[11]。Morris等[12]通過基因分析發現，整合素基因缺失小鼠的巨噬細胞金屬彈性蛋白酶被顯著誘導，并可誘發肺氣腫，而這種肺氣腫則可通過TGF-β轉基因過表達獲得改善。這一結果提示AEC功能的完整性對AM發揮正常作用的重要性。相對的，AM分泌的TGF-β也可作用于AEC，其是促AEC纖維化的重要因素，在特發性肺纖維化、慢性阻塞性肺疾病的發展中均發揮促進作用。研究表明，抑制TGF-β的表達可通過調節Smad、Wnt、Janus激酶（Janus"kinase，JAK）/信號轉導及轉錄活化因子（signal"transducer"and"activator"of"transcription，STAT）等信號通路抑制肺纖維化[13]。

3.2""受體與配體

呼吸道上皮廣泛表達高度保守的跨膜糖蛋白CD200。肺泡中以AT2為主，而其配體CD200受體幾乎完全由骨髓源性細胞表達，包括但不限于巨噬細胞、樹突狀細胞、中性粒細胞和嗜堿性細胞等。Patoine等[14]研究指出，在內毒素感染所致的急性肺損傷中，CD200的缺乏使得AM的活性增強，且對內毒素感染的敏感性增強，這導致炎癥消退延遲并最終導致死亡，而給予CD200受體激動劑可預防炎癥性肺病，限制肺部感染期間的炎癥幅度和持續時間。流感病毒所致急性肺損傷相關實驗也證實CD200與CD200受體的相互作用可抑制炎癥因子產生及白細胞聚集[15]。這些結論均提示AM與AEC之間CD200-CD200受體相互作用在炎性肺損傷中發揮免疫耐受作用，可減輕炎性肺損傷的程度。

程序性死亡受體配體1（programmed"death-ligand"1，PD-L1）廣泛表達于多種細胞表面，包括組織細胞、抗原提呈細胞（包括樹突狀細胞、巨噬細胞）及血管內皮細胞，通過促發負調控程序性死亡受體1（programmed"death-1，PD-1）發揮作用。PD-1不僅在淋巴細胞上表達，還表達于髓系先天免疫細胞。Wen等[16]研究發現在T細胞耗竭相關的肺上皮腫瘤中，AM中PD-L1表達水平升高，阻斷PD-L1的表達可抑制腫瘤的發生，而巨噬細胞中PD-L1的表達上調與腫瘤的前期AT2細胞分泌的腫瘤壞死因子-α（tumor"necrosis"factor，TNF-α）有密不可分的關系。TNF-α可促進腫瘤炎癥的發生，同時也可上調巨噬細胞PD-L1的表達。這一結果不僅給予T細胞耗竭相關的肺腫瘤新的治療思路，也再次提示AM與AEC之間存在密不可分的交互作用，而不是單向的影響作用。

3.3""細胞連接

肺上皮細胞之間存在廣泛的細胞連接，是肺泡上皮細胞屏障的重要結構。細胞連接主要由閉合蛋白、封閉蛋白及胞質外周蛋白等組成。研究發現AM與AEC之間存在縫隙連接，并起到細胞間通訊的作用。Westphalen等[17]在脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）氣管滴注的急性肺損傷模型中，采用原位肺泡實時成像觀察發現，AEC與AM之間存在連接蛋白43，連接蛋白43在AEC與AM之間起到電耦聯作用，這種電耦聯讓AM與AEC形成同步的Ca2+波，產生具有免疫抑制性的相互調節作用，當特異性敲除AM上的連接蛋白43后，發現在肺泡灌洗液中的中性粒細胞招募及炎癥細胞因子明顯增加。這一結果提示調節連接蛋白43的表達可能是肺部炎癥又一新的治療方向。

3.4""細胞外囊泡

肺泡灌洗液中可檢測到大量來自于AEC和AM的細胞外囊泡（extracellular"vesicle，EV）。若對不同條件下回收的肺泡灌洗液進行分析，可發現無菌刺激（氧化應激或酸吸入）和感染（LPS或革蘭陰性菌）導致的急性肺損傷中，肺泡灌洗液中的EV均增加，但EV的來源存在差異性。無菌刺激模型里的EV主要來自AT1細胞，而感染所誘導的急性肺損傷產生的EV主要來自AM[18]。這些EV可運輸各種生物活性物質，包括但不限于蛋白質、脂質、核酸等[19-20]。EV這種強大的運輸功能在細胞-細胞相互作用中起至關重要的作用。

在穩態條件下，盡管存在微小的環境刺激，AM仍可持續釋放抑制性細胞因子信號。抑制性細胞因子信號是一種JAK/STAT信號通路的負調節因子。JAK/STAT信號通路是一種快速反應的炎癥通路，AM持續釋放含有抑制性細胞因子信號的EV被AEC吸收后，抑制AEC的STAT激活。這可使AEC處于靜止狀態并限制正常AEC向腫瘤細胞轉化[21]。

除腫瘤的發生發展，AM和AEC分泌的EV在多種急性肺損傷中發揮不同的作用。在LPS誘導的急性肺損傷中，半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1（cysteine-"aspartic"protease"1，caspase-1）可介導AM釋放EV，這些包含有多種損傷相關分子模式的囊泡可介導AEC活化，引起血管間質水腫，并參與中性粒細胞的募集[22]。在Lee等[23]進行酸誘導的急性肺損傷模型中，AEC產生的微囊泡包含大量微RNA（microRNA，miR）-17或miR-221，促進AM在體外遷移及體內募集。此外，Moon等[24]發現，在高氧誘導的急性肺損傷動物模型中，AEC通過釋放遞送caspase-3的EV激活AM而誘導肺組織炎癥反應。綜上，不管是在感染性還是非感染性的肺損傷中，AM與AEC之間均可通過EV交互不同的生物活性物質達到細胞通信的目的，這些物質的交換使得兩種細胞間的關系更加復雜，但隨著這種方式的明確，也為兩者功能的改善提供更多的可能性。

4""小結與展望

AM在不同微環境條件下發揮不同的生物學功能，而AEC不僅可通過微環境影響AM的功能，還可通過旁分泌、受體與配體的直接相互作用或縫隙連接蛋白耦聯作用對AM產生作用，AM也可通過同樣的途徑對肺泡上皮產生影響。明確這些途徑及調控因子對研究各種疾病模型下兩種細胞的功能都有重要意義。由于肺泡結構的復雜性及功能細胞的多樣性，關于AM與AEC相互作用有許多需要探究的內容。肺泡組織的重要結構特征大都未能在目前的體外實驗中得到重建，使得這些實驗結果在體內實驗中驗證更加困難。而這些技術難題隨著3D細胞培養技術發展或基于AT2干細胞功能進行的類器官培養技術的發展有望得到解決[25]。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

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（收稿日期：2023–09–12）

（修回日期：2024–07–13）

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