第一節　結構細胞

【上皮細胞】

上皮組織在不同臟器具有不同功能。肺上皮細胞分為氣道上皮細胞和肺泡上皮細胞。在氣道和肺泡，上皮細胞形成保護性內襯。氣道上皮細胞還分泌氣道表面的液體層，可形成黏液毯，可排出細菌、致病微生物和其他有害物質。肺泡上皮細胞不僅具有氣體交換功能，還具有免疫功能。下面分別介紹氣道和肺泡上皮細胞的結構和功能。

1.氣道上皮細胞的結構和功能

氣道上皮細胞具有不同的細胞類型，在整個氣道，上皮細胞變化豐富。近端上皮(氣管和主支氣管)細胞包括假復層纖毛柱狀上皮、基礎細胞、分泌細胞(Clara、杯狀細胞和漿液性細胞)。細支氣管的遠端上皮細胞變薄為單一的短立方上皮細胞。不同的上皮細胞具有不同的功能。

假復層纖毛柱狀上皮主要由纖毛上皮細胞、杯狀細胞和Clara組成。纖毛細胞構成了近端氣道上皮的重要成分。其胞體呈柱狀，游離面有纖毛。夾雜于纖毛上皮細胞間的杯狀細胞和Clara等分泌細胞具有分泌氣道表面黏液的能力。纖毛細胞和其上覆蓋的黏液毯構成黏液纖毛清除系統。黏液毯由凝膠層和溶膠層組成。前者主要由杯狀細胞和黏液腺細胞分泌，后者由漿液性細胞分泌。纖毛只在凝膠層中擺動，凝膠層具有黏彈性。上皮細胞之間由連接復合體連接。連接復合物包括緊密連接、黏附連接和細胞橋粒。連接復合物允許細胞間信號聯系，且形成調節水和鹽從管腔通過上皮組織的通道屏障。除以上連接外，連接間的腔隙形成細胞間的通道，允許與鄰近細胞的離子和小分子進行交換。上皮細胞不僅互相連接，且由半橋粒固定至基底膜，一層很薄的膠原蛋白、層粘連蛋白、纖連蛋白。氣道上皮細胞具有以下功能。

(1)屏障功能：

肺部上皮細胞不斷暴露于顆粒、病毒、細菌、花粉、過敏原、氧化劑和其他有毒物質。上皮組織是人體抵抗病原體侵入的第一道防線，保護高度敏感的平滑肌和感覺神經遠離刺激和損害。黏液纖毛清除系統是氣道重要的防御系統。凝膠層可吸附顆粒、病原菌、微生物等，然后依靠纖毛不停的運動，推進黏液毯向咽部運動，有效地排出入侵的有害顆粒和物質，清除病原微生物。上皮細胞還有化學屏蔽功能，不僅控制氣道表面液體(airway surface liquid，ASL)的體積，還合成和分泌大量的機體防御蛋白。上皮從ASL吸收鹽而不吸收水形成低鹽環境，有利于防御素的抗菌活性。黏液層還含有豐富抗氧化物質，以保護肺免受吸入的氧化物損害。生長因子、細胞因子和化學介質是維持氣道的穩態和修復所必需的。研究表明，分泌細胞的結構、分子和功能有較大的可塑性［2］。在感染和其他炎癥刺激下，不同類型的細胞及細胞因子均可以影響機體防御功能和上皮修復。在健康正常肺的上皮細胞的空間排列和激活狀態受嚴格控制。上皮細胞與吞噬細胞、適應性免疫淋巴細胞間互相作用。

健康人黏蛋白基因MUC5AC在氣道近端表面的杯狀細胞表達，而黏蛋白基因MUC5B在整個氣道分布，由表面的分泌細胞和黏膜下腺體分泌。小鼠MUC5B介導基礎屏障和清除功能，MUC5B可能在人類的遠端氣道起屏障和清除功能。MUC5AC在人類近端氣道，可增加近端的屏障和清除功能［3-4］。特發性肺間質纖維化(idiopathic pulmonary fibrosis，IPF)患者MUC5B啟動子多態性，可能顯示明顯較高的對疾病的易感性。一個可能的解釋為MUC5B增加可提高黏膜宿主防御和減少感染性并發癥，對修復過程產生有益的影響。

(2)氣道上皮對維持氣道穩態起重要作用：

上皮細胞可以直接通過釋放一系列的支氣管收縮劑如內皮素、白三烯和支氣管擴張劑如前列腺素、一氧化氮(NO)，影響基底的平滑肌張力。上皮細胞還產生酶，如中性內肽酶，是負責裂解有效的支氣管收縮劑；如來源于炎性細胞的速激肽、緩激肽、內皮素和血管緊張素Ⅰ、Ⅱ。

吸入的物質直接作用于上皮細胞或間接通過其他構成氣道的細胞作用于上皮細胞。吸入的過敏原和顆?？梢约せ顨獾郎掀ぜ毎a生大量前炎癥介質，如屋塵螨變應原P1和P9，通過蛋白激活受體激活誘導上皮細胞釋放粒細胞巨噬細胞集落刺激因子、白介素(interleukin，IL)-6，IL-8。柴油機排出的尾氣顆粒、細菌內毒素、污染物如NO2，也可以激活上皮細胞，引起前炎癥介質的釋放增加。另外，上皮細胞也被巨噬細胞、中性粒細胞對外來過敏原、病毒刺激反應所釋放的細胞因子如腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF-α)、IL-1β、IL-6間接激活［1］。

激活的上皮細胞可以啟動氣道的炎癥，可通過釋放炎癥細胞因子和化學因子募集嗜酸性粒細胞、肥大細胞和淋巴細胞等炎癥細胞至氣道，釋放一系列炎癥因子，引起氣道炎癥、黏膜水腫、黏液分泌和血管擴張等過敏癥狀。脂多糖(lipopolysaccharide)誘導白三烯B4(leukotriene B4，LTB4)的釋放，是一種潛在中性粒細胞的趨化因子。由TNF或IL-1所致的上皮細胞的間接激活可以引起受激活調節正常T細胞表達和分泌因子(regulated on activation，normal T cell expressed and secreted，RANTES)的釋放。RANTES是一種潛在單核細胞和嗜酸性粒細胞趨化活性的細胞因子。嗜酸性粒細胞也釋放IL-8，而IL-8可以吸引中性粒細胞、CD4 T淋巴細胞。

上皮細胞可以通過防止炎癥細胞的凋亡來增強炎癥反應，由此延遲炎癥細胞從肺組織清除。細胞間黏附因子(intercellular adhesionmolecule，ICAM-1)是中性粒細胞表面表達的整合素配體，可導致中性粒細胞在氣道內聚集。上皮細胞釋放的粒細胞集落刺激因子和粒巨噬細胞集落刺激因子促進中性粒細胞存活。

上皮組織在氣道固有免疫和獲得性免疫反應的起始、維持和調節中起著極其重要的作用。上皮組織還有模式識別受體，如Toll樣受體(Toll-like receptors，TLR)，是一類模式識別受體，通過識別病原微生物的保守結構分子模式，觸發先天免疫反應和抗原特異適應性免疫。TLR通過識別病原體相關的分子模式，導致樹突細胞成熟和抗原呈遞及病原體特異的T細胞激活。典型的TLR主要表達在骨髓源性的免疫細胞，如單核細胞、巨噬細胞、T淋巴細胞和B淋巴細胞等，但人的氣道上皮細胞也可以表達功能的TLR2、TLR3和TLR4等模式識別受體，以介導抗微生物的免疫反應。如上皮細胞能夠轉換病原相關的分子進入抗微生物肽表達、屏障形成、上皮細胞的增生和機體免疫反應調節的信號。呼吸道病毒感染可以誘導氣道上皮細胞表達TLR3，使氣道上皮對隨后的病原微生物致敏［1］。革蘭陽性菌的病原相關分子模式(pathogen associated molecular patterns，PAMPs)與特定TLR2(TLR1、TLR6二聚體)結合，引起IL-8釋放，可破壞上皮細胞的屏障功能。總之，TLR和 NOD樣受體(nucleotide binding oligomerization domain-like receptors，NLR)通過識別病原微生物的PAMPs或機體自身的損傷相關分子模式(damage associated molecular patterns，DAMP)介導先天性免疫應答反應。

2.肺泡上皮細胞結構及功能

(1)肺泡上皮細胞結構：

肺泡上皮細胞(alveolarepithelial cells，AECs)包括Ⅰ型肺泡上皮細胞(ATⅠ)和Ⅱ型肺泡上皮細胞(ATⅡ)兩種類型。ATⅠ構成約95%的肺泡表面積，ATⅠ構成的肺泡細胞數目占40%。ATⅡ又稱顆粒肺泡細胞，散在分布于ATⅠ之間及其相鄰的肺泡間隔結合處。多數學者認為，ATⅡ是這兩種類型肺泡上皮的祖細胞(progenitor)。在正常的細胞更新及損傷修復過程中，它既可以分化為ATⅠ，也可以通過有絲分裂產生子代ATⅡ以維持自身的細胞群［5-6］。ATⅡ這種增殖特點還與損傷修復有關。當造成ATⅡ凋亡嚴重時修復受阻，造成肺損傷加劇。這些說明了ATⅡ增殖、轉化與肺損傷及其修復有著密切的關系。

ATⅡ體積較小，呈立方形，表面稍突向肺泡腔。細胞核大而圓，胞質染色較淺淡，胞質中常見空泡。在細胞游離面有較多的短微絨毛，尤其在細胞邊緣部更多。細胞表面有MPA(Maclura pomifera agglutinin)，對α-半乳糖殘基有特異性反應。相鄰細胞以緊密連接或中間連接相連，胞質內有較多的線粒體和粗面內質網，還有多泡體、溶酶體和板層體。ATⅡ體積比ATⅠ小很多，人的約為900μm3。ATⅡ細胞只有5%的肺泡表面積，構成60%的上皮細胞數量。ATⅡ細胞具有重要生化作用，可以合成表面活性物質。肺泡上皮細胞由緊密連接、細胞橋粒和連接腔隙連接。

肺上皮細胞是肺組織的第一道屏障，具有抗感染、抵御外來刺激、中毒性物質暴露的重要作用，同時具有維持肺內穩態和積極調節免疫的作用。

(2)肺泡上皮細胞的屏障功能：

肺泡上皮細胞之間的緊密連接、細胞橋粒和連接腔隙有助于上皮細胞的結構完整，起到有效的屏障作用，尤其是緊密連接在限制分子穿過上皮細胞起著重要作用。上皮細胞的有效孔半徑為0.5～0.9nm，而內皮細胞的有效孔半徑為6.5～7.5nm。此外，上皮細胞還具有內吞飲顆粒的功能，可使有害物質從肺中清除。

(3)肺泡上皮細胞的液體轉運能力：

肺泡上皮細胞具有主動轉運鈉、水的功能，控制肺泡內液體的產生和清除。這一功能對維持肺泡氣體交換功能非常重要。ATⅡ細胞還具有水和離子的跨膜運動，強大的免疫功能及血源性化學物質的代謝［7-8］。近年發現，ATⅡ具有強大的液體轉運能力，上皮細胞是通過鈉通道、鈉鉀ATP酶、水通道來主動轉運的肺泡內的水和鈉。首先，由肺泡上皮的鈉通道攝取鈉，再由基底膜的鈉-鉀ATP酶將鈉轉運至肺間質，隨之伴隨著水的被動吸收。上皮細胞的鈉、水轉運功能受兒茶酚胺的調節，如β-受體激動劑可以上調鈉通道和鈉-鉀ATP酶活性而增加上皮細胞的鈉、水轉運功能。糖皮質激素也有上調上皮細胞的鈉水轉運功能的作用，從而清除肺泡內液體。

(4)肺泡上皮細胞的免疫功能：

ATⅡ還具有免疫功能。一方面，能直接合成多種免疫調節物質，如補體C2、C3、C4、C5和IL-3等；另一方面，其合成的重要產物表面活性物質相關蛋白A(surfactantassociated protein A，SPA)可與細菌表面脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)中脂質A結合，起到活化型配基的作用，調節肺泡巨噬細胞的功能，增強肺泡巨噬細胞對微生物的吞噬作用［9］。在肺受損傷時，肺泡ATⅡ上皮細胞還可調控進入肺泡中的炎性細胞數量；調節免疫反應，避免炎癥反應太強而造成進一步的組織損傷；分泌α-酸性糖蛋白(acid glycoprotein，AGP)，從而調節炎癥細胞的活化，抑制PMN細胞趨化因子及絲裂原誘導的淋巴細胞增生，誘導巨噬細胞產生大量IL-1Rα，有助于抗炎；促進自身增生，利于損傷肺的修復。ATⅡ合成分泌的表面活性物質可降低肺泡表面氣液表面張力，防止呼氣時肺泡過度塌陷、吸氣時肺泡過度膨脹，以維持肺泡形態，可以減輕肺損傷的有害反應。另外，研究表明ATⅡ不僅分泌肺表面活性物質(pulmonary surfactant，PS)，還與肺泡巨噬細胞共同負責清除PS，還可能參與了PS的循環利用。

(5)上皮細胞的修復和在間質纖維化中的作用：

廣泛的嚴重損傷的急性炎癥區域ATⅠ顯著降低。ATⅡ是修復細胞，上皮細胞損傷后快速增殖。在大多數嚴重損傷的區域，基底膜由增殖的立方形ATⅡ所覆蓋，ATⅠ和ATⅡ的死亡由大量成纖維細胞、平滑肌細胞所取代。國外有文獻報道，特發性肺纖維化(idiopathic pulmonary fibrosis，IPF)是一種涉及異常創傷愈合的功能紊亂，進行性的上皮損傷和(或)激活可能處于纖維形成和間質細胞增殖的核心位置，這種作用是不依賴于炎癥的。

肺泡上皮細胞在間質性肺疾病(interstitial lung disease，ILD)的發病中起關鍵性作用。不僅是發病的促動因素，上皮損傷后通過再生修復正常的肺泡結構，或上皮細胞凋亡，或通過上皮-間質轉換(epithelial-mesenchymal transition，EMT)形成纖維化。通過EMT過程獲得間質細胞表型而作為成纖維細胞和肌成纖維細胞的重要來源。在這個新的模式中，肺泡上皮應激是纖維化的關鍵環節之一，它作為一個“多能”的干細胞具有相當的可塑性，能參與到交替的途徑中。當肺損傷程度較輕，損傷的組織通常會被修復，而過多的細胞死亡，可能會導致不可修復的肺損傷和肺纖維化。肺泡上皮細胞損傷和細胞死亡誘導上皮基底膜形成了間距，成纖維細胞通過這些間隙進入肺泡腔，導致肺泡內纖維化［10］。在EMT過程中，上皮細胞的極性和特有標記消失，細胞的緊密連接部溶解，肌動蛋白的細胞骨架重組，間質基因表達程序得以誘導，細胞在基膜及組織中遷移，而持續的細胞凋亡被證實是推動這個過程的關鍵。細胞凋亡的一般特征是細胞內表面磷脂酰絲氨酸的表達，相鄰細胞特異地識別磷脂酰絲氨酸需要許多抗炎分子的參與，如轉化生長因子 β(transforming growth factor-β，TGF-β)。而基底膜長時間的破壞造成AECs與間質細胞的相互作用和相互干擾，改變了細胞功能，也釋放炎性介質。在IPF上皮細胞能分泌大量分子，如生長因子及其受體、蛋白酶、表面活性蛋白，黏附分子和基質成分，它們可能調節肺內的炎癥和纖維化反應。

內皮素-1(endothelin-1，ET-1)是一個重要的因子，可以促進成纖維細胞、平滑肌細胞分裂及膠原合成。研究還發現，ET-1由AECs產生，可以通過刺激產生內源性TGF-β產物來引發EMT過程。

【纖維細胞】

纖維細胞(fibrocytes)是骨髓來源的間充質細胞，可以發現在循環或組織中，通過他們的造血前體細胞標志CD34、CD45和間充質細胞蛋白Ⅰ型膠原共表達而識別。纖維細胞通過直接生產胞外基質蛋白如Ⅰ型和Ⅲ型膠原、分化為成纖維細胞或肌纖維母細胞、或通過產生細胞因子，誘導膠原沉積而導致肺纖維化［11-12］。纖維細胞可以在循環和肺實質中發現［13-15］。IPF患者的循環中纖維細胞的百分比增加與其病情惡化相關［15］。這些高纖維細胞水平在加重恢復后可回復到基線水平。流行病學研究表明，纖維細胞是肺纖維化的重要成因。纖維細胞是功能處于靜止狀態的細胞，體積變小，呈長梭形，胞核小，呈長扁卵圓形，著色深，細胞質少，電鏡下，胞內粗質網少、高爾基復合體不發達，在某些致病因素作用下，可轉化為成纖維細胞，合成和分泌細胞外纖維和基質成分，參與組織的修復。

肺泡上皮細胞在纖維細胞招募至肺中起重要作用。纖維細胞表達趨化因子受體 CXCR4［11］及CCR2［16］。在IPF肺的肺泡上皮表達CXCL12，CXCR4的配體［13-14］，且在IPF患者血漿中CXCL12循環水平增加［13-14］。同樣，IPF患者的肺泡上皮表達CCL2［17］、CCR2配體。這些結果表明，循環的纖維細胞可以通過CXCR4/CXCL12或CCR2/CCL2軸招募到IPF患者肺部，且肺組織中纖維細胞的增生可能導致IPF。

【成纖維細胞及肌纖維母細胞】

1.成纖維細胞

成纖維細胞是廣泛分布于所有組織和器官的結締組織的重要結構細胞，具有連接、支持、營養、防御、保護和修復作用。成纖維細胞是疏松結締組織的主要細胞，也是致密結締組織的細胞成分。生理條件下，成纖維細胞是肺結締組織中主要的細胞成分，由胚胎時期的間充質細胞分化而來。成纖維細胞細胞扁平、胞核大、扁卵圓形、染色體顆粒細小、核仁明顯，胞質豐富，包含各種小泡，線粒體，體內空泡和中間絲。在體內，他們顯示一些微絲和中間絲，在培養期間他們建立了縫隙連接。培養的成纖維細胞更扁平，極化，并擁有大量的應力纖維和光滑的核輪廓。在靜息狀態下，細胞質減少，細胞質擴展變長呈梭形。當傷口愈合成纖維細胞被激活時，成纖維細胞顯示具有明顯核仁的圓形核。細胞質具有廣泛的突出的顆粒外觀，包含粗糙內質網、游離核糖體和發達的高爾基復合體，提示其具有合成和分泌蛋白質和膠原纖維、彈性纖維、網狀纖維及細胞外基質的功能。細胞外基質的主要成分是膠原。成纖維細胞負責細胞外基質(extracellular matris，ECM)蛋白如膠原Ⅰ和糖蛋白的合成和轉換。

成纖維細胞是體內合成ECM的主要細胞，ECM的主要成分是膠原。在生理條件下，成纖維細胞合成和釋放ECM，構成肺組織的主要支架，主要功能為構造和維持肺的正常形態，是肺組織和細胞進行交換氣體的物質基礎。上皮細胞損傷較輕時，可通過凋亡的途徑正常修復。上皮損傷難以修復時，上皮細胞和炎癥細胞釋放和激活大量的炎癥介質和生長因子，使成纖維細胞遷移、增生和轉換為肌成纖維細胞及合成大量的ECM參與肺纖維化的過程。目前的研究表明，成纖維細胞是傷口愈合的關鍵。成纖維細胞還有血管形成、生理老化、組織重建、細胞分化及釋放可能在分娩和生育時起作用的介質。

以往認為成纖維細胞是同質的細胞。從細胞培養和組織活檢的研究越來越多的證據表明，成纖維細胞包括不同的細胞。不同部位起源的成纖維細胞不同，或依據他們表達的受體如主要組織相容性復合體(major histocompatibility complex，MHC)Ⅱ類抗原、補體C1q、IL-1受體和整合素而不同。成纖維細胞表達胸腺細胞抗原(thymocyte antigen 1，Thy1)，Thy1陽性的成纖維細胞通過高水平表達膠原顯示前纖維源特征。相反，Thy1陰性的成纖維細胞對IL-6、TGF-β、血小板源性生長因子(platelet derived growth factor，PDGF)有明顯增生反應。不同的成纖維細胞在炎癥和修復階段起不同的作用。研究表明，缺氧可使成纖維細胞的 Thy1基因甲基化、Thy1mRNA不能表達，引起纖維組織增生。

成纖維細胞還作為前哨細胞，在許多組織中，幾乎無淋巴細胞和其他免疫細胞，但有成纖維細胞。在這些組織中成纖維細胞和淋巴細胞相似，更多與傳統的免疫細胞相關，具有信息傳遞和免疫調節的作用?？梢员患毦蚪M織損傷釋放的產物及細胞因子所激活，表達大量的表面分子，可以誘導細胞間黏附分子(intercellular adhesion molecule，ICAM1)和血管細胞黏附分子(vascular cell adhesion molecule，VCAM-1)和細胞因子IL-6、IL-8、IL-1及前列腺素釋放?？梢阅技蛭准毎窖装Y或損傷部位，啟動炎癥反應。但在靜息的狀況下，只有低水平CD40的表面表達。但在炎癥期，這些CD40表達增加，通過它成纖維細胞可以調動組織損傷和修復的炎癥級聯。一些組織如關節、眼睛、皮膚的成纖維細胞表達TLR和NOD，釋放多種促炎性細胞因子和趨化因子，參與先天性免疫反應，引起自身免疫疾病［18，19］。

CD40為TNF受體超家族一員。IL-1和干擾素-γ(interferon-γ，IFN-γ)能刺激B淋巴細胞，抗原遞呈細胞如巨噬細胞和樹突細胞、上皮細胞、血管內皮細胞及人成纖維細胞表達CD40。CD40配體(CD40 ligand，CD40L)在激活的T淋巴細胞、肥大細胞、嗜酸性粒細胞或嗜堿性粒細胞上表達。CD40和CD40配體的結合介導細胞間的直接接觸，從而導致CD40細胞激活并出現新的功能，表達細胞黏附分子、細胞因子等，CD40L T淋巴細胞和CD40 B淋巴細胞相互作用，有助于B淋巴細胞增殖、分化和分泌抗體。CD40L T淋巴細胞和成纖維細胞的相互作用可激活成纖維細胞，利于組織修復。

然而，在組織損傷愈合和鄰近細胞釋放的炎癥介質的影響下，成纖維細胞為重要的效應細胞?？梢赃w移進入創傷區，沉積于細胞外基質，誘導創傷收縮。成纖維細胞與組織的活性的免疫反應有關，且釋放大量的細胞因子、生長因子、化學介質和其他的炎癥介質。與成纖維細胞激活有關的生長因子包括TGF-β、結締組織生長因子(connective tissue growth factor，CTGF)、IGF、PDGF和成纖維細胞增長因子(fibroblast growth factor，FGF)。細胞因子如IFN-γ、IL-10、IL-12可以抑制成纖維細胞的增生，然而IL-1、IL-13、TNF-α和內皮素-1(endothelin-1，ET-1)是成纖維細胞的有絲分裂原，值得注意的是，IL-6可以作為成纖維細胞的抑制劑和促進劑。近年還發現，CTGF可促進成纖維細胞分裂和膠原合成，在肺纖維化的發生中發揮重要作用。

在正常肺組織的ECM主要為以Ⅰ型和Ⅲ膠原蛋白為主的膠原蛋白?；|金屬蛋白酶(matrixmetalloproteinases，MMPs)是分解細胞外基質的主要酶類，基質金屬蛋白酶組織抑制物(tissue inhibitors of MMPs，TIMPS)則特異性的抑制MMPs對ECM有分解作用。MMPs/TIMPS系統是控制ECM代謝平衡的關鍵系統。生理情況下，肺內膠原的合成與降解處于平衡狀態。但在肺纖維化過程中，MMPs/TIMPS系統平衡被破壞，產生以成纖維細胞大量分泌ECM，使ECM過度聚集。多種細胞因子刺激成纖維細胞的自身增殖和轉型為肌成纖維細胞，進而大量分泌膠原蛋白，導致大量的ECM異常聚集。其中，TGF-β是引起肺纖維化的重要的細胞因子。TGF-β1可誘導成纖維細胞向肌成纖維細胞表型轉變。TGF-β1誘導可表達α-SMA的成纖維細胞的分化是由Smads蛋白介導。IFN-γ可顯著抑制TGF-β誘導的人成纖維細胞向肌成纖維細胞分化，并可中度抑制TGF-β誘導的α-SMA的表達。炎癥反應在肺纖維化過程中發揮關鍵作用。TGF-β可誘導大鼠肺成纖維細胞TNF-α、IL-1β、IL-6表達增高，促進炎癥反應的發生?？赏ㄟ^TGF-β/Smad信號通路活化核轉錄因子-KB(nuclear transcription factors KB，NFKB)，啟動炎癥反應，誘導促炎因子如TNF-α、IL-1β、IL-6大量表達，最終可導致肺纖維化的發生。胰島素樣生長因子可以與胰島素樣生長因子-1受體結合，不僅能夠直接促進細胞增殖轉型，釋放大量ECM，還可以加強TGF-β、PDGF等其他致纖維化因子的致纖維化作用，來參與肺纖維化的發生。ET-1、TGF-β還可以調控促進纖維化的CTGF表達［20］。

在創傷愈合時成纖維細胞具有可以分化為肌成纖維細胞的能力。肌成纖維細胞在許多方面像平滑肌細胞，是創傷修復的關鍵。血管外膜成纖維細胞向肌成纖維細胞轉分化是由TGF-β、IL-4和ET-1誘導。最近還證明，成纖維細胞代表的端粒酶表達的表型能夠分化成肌成纖維細胞。

肺泡上皮細胞向間質細胞轉化是纖維化過程中局部成纖維細胞的重要來源之一。肺部上皮細胞功能異常可引起上皮-間充質轉化的信號導致成纖維細胞的激活和基質的沉積和重塑。在IPF的成纖維細胞的這種慢性激活似乎導致促纖維化［21-23］。與正常的成纖維細胞不同，IPF的成纖維細胞當暴露于Fas配體時，抵抗凋亡［22］，且當生長聚合膠原時有更大的增殖能力［23-24］。IPF的成纖維細胞的分子改變，可能會保護他們免于凋亡。IPF的成纖維細胞通過α2β1整合素與聚合膠原相互作用［23］。在IPF患者成纖維細胞促存活信號通路的激活，可能導致成纖維細胞在IPF肺保留，使成纖維細胞中持續的膠原沉積，最終導致肺重塑和纖維化。

IPF的成纖維細胞比正常人的成纖維細胞更容易侵入人工基底膜。這種入侵增強的機制知之甚少。然而，侵入的性能與α-SMA水平的表達有關。此外，肺成纖維細胞的侵襲表型可以由α1β4整合素誘導和由α1β5整合素信號負調控［25］。調節IPF的成纖維細胞的侵襲表型的線索來自肌成纖維細胞透明質酸合成酶2(hyaluronic acid synthetase2，HAS2)表達的研究報告，結果導致博萊霉素誘導的肺損傷更嚴重的纖維化表型［20］。這種纖維化的發展依賴于透明質酸受體CD44，因為在CD44基因敲除小鼠和CD44抗體封閉治療的小鼠的侵襲表型和纖維化程度減少。同樣，敲除HAS2siRNA也限制IPF的成纖維細胞的侵襲能力［20］。這些研究表明，IPF的成纖維細胞的侵襲表型增強，這種侵襲性的表型是由一系列的介質如CD44和HAS2調節。

在正常人或IPF患者的肺部，上皮細胞和成纖維細胞有密切接觸。成纖維細胞灶是這種相關性的證據，其中有一層上皮覆蓋著成纖維細胞。在這些區域性的部位，上皮細胞可以通過釋放可溶性介質直接向成纖維細胞的傳遞信號，可溶性介質可以反作用激活相鄰成纖維細胞。一個例子是上皮細胞釋放TGF-β［26］、并由上皮細胞整合素αVβ6激活，這信號可傳遞給成纖維細胞，將它們轉換為表達α-SMA的肌成纖維細胞。另一個在IPF AECs產生的細胞因子PDGF量增加［27］，可通過促進成纖維細胞增殖促進肺纖維化［28］。

上皮細胞產生Wnt是促纖維化的候選介質，在上皮細胞和間充質細胞間傳遞信號。上皮細胞產生的額外的可溶性介質Wnt蛋白，可以傳遞信號于相鄰成纖維細胞。Wnts分泌的糖蛋白在肺發育、腫瘤及纖維化中起著重要的作用。IPF肺泡上皮的表達產生Wnt1和Wnt3α［29］，Wnt3α刺激成纖維細胞產生Ⅰ型膠原。下游的經典Wnt信號分子β-catenin位于IPF患者肺成纖維細胞灶核，這表明IPF患者Wnt信號激活成纖維細胞產生反應［30-31］。

2.肌成纖維細胞

肌成纖維細胞(myofibroblast，MF)是一類特殊表型的成纖維細胞，通過分泌細胞因子、趨化因子、生長因子、細胞外基質(extracellularmatrix，ECM)和蛋白酶等在器官發生、腫瘤形成、炎癥、修復、多數器官和組織的纖維化過程中發揮重要作用。MF超微結構特征介于成纖維細胞和平滑肌細胞之間。肌成纖維細胞形態包含一個核，參與傷口愈合的細胞收縮。胞漿含一個大的內質網和大量的線粒體。肌成纖維細胞通過細胞骨架蛋白包括波形蛋白(V型)，波形蛋白和結蛋白型(VD型)，波形蛋白和α-平滑肌肌動蛋白(VA型)和波形蛋白、結蛋白和α-平滑肌肌動蛋白(VAD型)。肌成纖維細胞中最豐富的收縮蛋白是α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)，也有結蛋白、平滑肌肌球蛋白的存在。MF其分布廣泛，在正常組織器官(肺、肝、腎等)都有少量MF。

肌成纖維細胞在正常的生理過程也有重要作用，如上傷口修復、器官發生、組織形成、間充質-上皮細胞的相互作用和細胞分化。來源于傷口愈合不同階段的肌成纖維細胞可以顯示不同結構，如豐富的胞質微絲、致密體與基底層樣物質。肌成纖維細胞的特殊結構包括微絲束或應力纖維，通常在細胞膜下，與細胞主軸線平行迫使傷口收縮。發育好的粗內質網，可以合成膠原纖維Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ。肌成纖維細胞顯著的特點是表達收縮蛋白，使細胞能在創傷修復中發揮作用。肌成纖維細胞內大量的細胞內微絲重排可以導致的傷口收縮。

肌成纖維細胞為IPF的主要細胞類型［32］。肌成纖維細胞是一組異質性細胞，可以來源于局部或骨髓來源的成纖維細胞，還可以由上皮細胞、內皮細胞和間皮細胞分化而來。如前所述，多種介質包括TGF-β可以引起成纖維細胞分化為肌成纖維細胞。肺微血管內皮細胞分泌的促纖維化細胞因子，可促進成纖維細胞轉化成肌成纖維細胞。IGF-1可能是通過PI3K/AKT信號通路來調節人成纖維細胞增殖分化［33］。研究表明，在軟基質環境，IGF-1刺激成纖維細胞向肌成纖維細胞表型分化、增加應力纖維的形成和α-SMA表達［34］。相比肺局部的成纖維細胞，肌成纖維細胞可表達具有收縮性的α-SMA，還具有產生和沉積纖維基質的能力，包括Ⅰ型膠原。這種過量的基質沉積可能會導致病理性肺纖維化和重塑。肌成纖維細胞是膠原蛋白和細胞外基質蛋白產生的主要來源。肌成纖維細胞還是炎癥細胞，可產生多種細胞因子、化因子、炎癥介質和生長因子，可以延續炎癥反應及纖維化。活化的肌成纖維細胞還表達細胞黏附分子，招募炎性細胞至損傷部位。肌成纖維細胞表型可能不會持久，可以自行凋亡。轉基因小鼠分離的過度表達HAS2的成纖維細胞表現出更大的侵襲基質的能力。在間充質細胞刪除HAS2可消除侵襲性成纖維細胞表型，阻礙肌成纖維細胞的積聚，抑制肺纖維化的發展。侵襲性表型和纖維化進展均在無 CD44時抑制。在小鼠體內CD44抗體封閉治療肺纖維化可減少。IPF患者分離的成纖維細胞的侵襲性表型也依賴于HAS2和CD44［21］。

對皮膚創傷修復的研究證實，成纖維細胞和肌成纖維細胞在正常損傷修復時可自行凋亡。然后巨噬細胞可吞噬凋亡的成纖維細胞。而成纖維細胞和肌成纖維細胞可能的凋亡是通過依賴一氧化氮(NO)產生的IL-1β介導的，降低了抗凋亡分子Bcl-2的表達。相反，TGF-β抑制了NO的表達，也通過誘導抗凋亡Bcl-2分子的產生，從而抑制成纖維細胞、肌成纖維細胞的凋亡。與細胞壞死比較，凋亡細胞的細胞膜特征是完整的。細胞膜的完整可阻止前炎癥細胞內容物擠壓到周圍組織，不引起周圍組織損傷，而起到促進損傷修復的作用。

【平滑肌細胞】

平滑肌細胞(smooth muscle cells，SMC)分布于氣道和血管壁，分布在氣道的外膜，是外膜主要組成部分。正常平滑肌纖維平行排列。每一肌束含有300～400個肌細胞，外形扁平呈梭形，直徑2～5μm，長度8～800μm，細胞核大，但無核仁。胞漿內富含肌絲，而粗面內質網、高爾基復合體、線粒體等細胞器很少。在氣道平滑肌圍繞固有層，在近段軟骨氣道和遠端非軟骨氣道的平滑肌細胞的濃度不同。研究表明，兒童氣道平滑肌所占的比例在遠端氣道較近端氣道高。在氣管，氣道平滑肌為橫向走行；在中心和遠端，氣道螺旋狀測地線式圍繞，這樣有利于控制進入肺泡腔的氣流。

氣道的平滑肌細胞存在異質性，氣道發現至少3種不同類型的平滑肌細胞。這些包括收縮、合成和高收縮的亞型。非增生的收縮表型的平滑肌細胞特點是收縮蛋白的濃度高和細胞內合成細胞器的減少。而合成的平滑肌細胞，具有許多合成的細胞器和低濃度的收縮蛋白。哮喘動物模型研究發現，ASMCs可由收縮型向合成型轉化。膠原蛋白Ⅰ、纖維連接蛋白、PDGF等可促進形成合成表型［36］，而組胺、ET-1、層粘連蛋白等可促進ASMCs表現出收縮表型。

氣道的平滑肌細胞不僅具有收縮功能，還具有免疫調節功能的作用。平滑肌細胞可分泌引起支氣管哮喘的細胞因子。平滑肌細胞在TNF-α、IL-1、干擾素(interferon，IFN)刺激下表達的細胞因子如巨噬細胞趨化因子(macrophage chemotactic factor，MCP)-1、2、3，活化正常T細胞表達和分泌的調節物(regulated upon activation，normal T cell expressed and presumably secreted，RANTES)，嗜酸性粒細胞趨化因子，粒細胞巨噬細胞刺激因子(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF)，IL-8，IL-6，IL-11，IL-5，IL-2和IL-12。IL-6能促使B細胞成熟和免疫球蛋白的合成，并參與T細胞的激活及分化過程；IL-8可促進T細胞和中性粒細胞向炎癥區的趨化。平滑肌細胞能夠激活肥大細胞和白細胞如T細胞、中性粒細胞、酸性粒細胞，從而引起和維持氣道黏膜的炎癥反應，導致氣道高反應性(airway hyperresponsiveness，AHR)。氣道平滑肌細胞分泌的生長因子包括PDGF，干細胞因子和前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)等，平滑肌細胞在炎癥級聯增強中起內在作用。平滑肌細胞還能分泌TGF-β、血管內皮生長因子、類胰島素生長因子1等，能誘導平滑肌細胞DNA的合成及細胞的增生。此外，TGF-β還能調節平滑肌細胞β-腎上腺素受體表達的敏感性和數量，減低外源性β-受體激動劑和內源性兒茶酚胺對氣管的擴張作用。

TNF-α和IFN的刺激下，平滑肌細胞還能分泌IL-33，IL-33是嚴重哮喘和難治哮喘新的炎性標記物［37］。

平滑肌細胞與氣道重塑有關。氣道平滑肌細胞在TNF-α、IL-1、IFN和脂多糖的刺激下表達黏附分子ICAM和VCAM。這些黏附分子增加平滑肌細胞和炎癥細胞的相互作用，進一步保持細胞因子和化學因子的釋放和平滑肌細胞的增生。氣道平滑肌細胞還可釋放多種基質蛋白，如層粘連蛋白、纖維粘連蛋白、硫酸軟骨素、膠原等促進細胞外基質大量沉積，引起氣道壁纖維化和氣道重塑。而纖維粘連蛋白又可調節氣道平滑肌的免疫功能［38］。氣道平滑肌細胞表達Toll樣受體，Toll樣受體的激活可以刺激氣道平滑肌的增殖、抑制凋亡，從而在氣道的重構中起重要作用［39］。

綜上所述，肺泡上皮細胞、成纖維細胞、肌成纖維細胞是在間質性肺疾病、肺纖維化起重要作用的細胞。平滑肌細胞和慢性炎癥、氣道的重塑有關。

（劉秀云　江載芳）

參考文獻

1.Upham JW，Stick SM，Moodley Y.Lung cell biology//Taussig LM，Landau LI.Pediatric Respiratory Medicine.2thEd.St Louis：MosbyInc，2008：35-43.

2.Fahy JV，Dickey BF.Airwaymucus function and dysfunction.N Engl JMed，2010，363(23)：2233-2247.

3.Casalino-Matsuda SM，Monzon ME，Day AJ，et al.Hyaluronan fragments/CD44 mediate oxidative stress-induced MUC5B upregulation in airway epithelium.Am J Respir Cell Mol Biol，2009，40(3)：277-285.

4.Fahy JV，Dickey BF.Airwaymucus function and dysfunction.N Engl JMed，2010，363(23)：2233-2247.

5.Uhal BD.Cell cycle kinetics in the alveolar epithelium.Am J Physiol，1997，272(6 Pt 1)：L1031-L1045.

6.Foster CD，Varghese LS，Gonzales LW，et al.The Rhopathway mediates transition to an alveolar typeⅠcell phenotype during static stretch of alveolar typeⅡcells.Pediatr Res，2010，67(6)：585-590.

7.楊青，王桂芳.肺泡Ⅱ型上皮細胞功能的研究進展.復旦學報：醫學版2012，39(6)：658-662.

8.Bove PF，Grubb BR，OKada SF，et al.Human alveolar typeⅡcells secrete and absorb liquid in response to local nucleotide signaling.JBiol Chem，2010，285(45)：34939-34949.

9.Schmiedl A，Kerber-Momot T，Munder A，etal.Bacterial distribution in lung parenchyma early after pulmonary infection with pseudomonas aeruginosa.Cell Tissue Res，2010，342(1)：67-73.

10.Kuwano K.Epithelial Cell Apoptosis and Lung Remodeling.Cellular Molecular Immunology，2007，4(6)：419-429.

11.Maharaj SS，Baroke E，Gauldie J，et al.Fibrocytes in chronic lung disease facts and controversies.Pulm Pharmacol Ther，2012，25(4)：263-267.

12.Strieter RM，Keeley EC，Hughes MA，et al.The role of circulatingmesenchymal progenitor cells(fibrocytes)in the pathogenesis of pulmonary fibrosis.J Leukoc Biol，2009，86(5)：1111-1118.

13.Andersson-Sjoland A，de Alba CG，Nihlberg K，et al.Fibrocytes are a potential source of lung fibroblasts in idiopathic pulmonary fibrosis.Int JBiochem Cell Biol，2008，40(10)：2129-2140.

14.Mehrad B，Burdick MD，Zisman DA，et al.Circulating peripheral blood fibrocytes in human fibrotic interstitial lung disease.Biochem Biophys Res Commun，2007，353(1)：104-108.

15.Moeller A，Gilpin SE，Ask K，et al.Circulating fibrocytes are an indicator for poor prognosis in idiopathic pulmonary fibrosis.Am JRespir Crit Care Med，2009，179(7)：588-594.

16.Ekert JE，Murray LA，Das AM，etal.Chemokine(C-Cmotif)ligand 2mediates directand indirect fibrotic responses in human and murine cultured fibrocytes.Fibrogenes Tissue Repair，2011，4：23.

17.Mercer PF，Johns RH，Scotton CJ，etal.Pulmonary epithelium is a prominent source of proteinase-activated receptor-1-inducible CCL2 in pulmonary fibrosis.Am J Respir Crit Care Med，2009，179(5)：414-425.

18.Robinson CM，Neary R，Levendale A，et al.Hypoxia-induced DNA hypermethylation in human pulmonary fibroblasts is associated with Thy-1 promoter methylation and the development of a pro-fibrotic phenotype.Respir Res，2012，13：74.

19.廖純穎，姚學萍，曹隨忠.成纖維細胞Toll樣受體和NOD的表達及功能研究進展.細胞與分子免疫學雜志，2014，30(3)：333-334.

20.孫燕妮，宋娟，陳潔，等.ET-1、TGF-β1對大鼠肺成纖維細胞CTGF表達及細胞增殖的影響.山東醫藥，2014，42(1)：29-31.

21.Li Y，Jiang D，Liang J，et al.Severe lung fibrosis requires an invasive fibroblast phenotype regulated by hyaluronan and CD44.JExp Med，2011，208(7)：1459-1471.

22.Maher TM，Evans IC，Bottoms SE，et al.Diminished prostaglandin E2 contributes to the apoptosis paradox in idiopathic pulmonary fibrosis.Am J Respir Crit Care Med，2010，182(1)：73-82.

23.Xia H，Diebold D，Nho R，et al.Pathological integrin signaling enhances proliferation of primary lung fibroblasts from patients with idiopathic pulmonary fibrosis.J Exp Med，2008，205(7)：1659-1672.

24.Nho RS，Hergert P，Kahm J，et al.Pathological alteration of FoxO3αactivity promotes idiopathic pulmonary fibrosis fibroblast proliferation on type I collagen matrix.Am JPathol，2011，179(5)：2420-2430.

25.White ES，Thannickal VJ，Carskadon SL，et al.Integrinα4β1 regulates migration across basementmembranes by lung fibroblasts：a role for phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome 10.Am JRespir Crit Care Med，2003，168(4)：436-442.

26.Xu YD，Hua J，Mui A，et al.Release of biologically active TGF-β1 by alveolar epithelial cells results in pulmonary fibrosis.Am JPhysiol Lung Cell Mol Physiol，2003，285(3)：L527-L539.

27.Bergeron A，Soler P，Kambouchner M，et al.Cytokine profiles in idiopathic pulmonary fibrosis suggest an important role for TGF-βand IL-10.Eur Respir J，2003，22(1)：69-76.

28.Hetzel M，Bachem M，Anders D，et al.Different effects of growth factors on proliferation and matrix production of normal and fibrotic human lung fibroblasts.Lung，2005，183(4)：225-237.

29.Konigshoff M，Kramer M，Balsara N，et al.WNT 1-inducible signaling protein-1 mediates pulmonary fibrosis in mice and is upregulated in humanswith idiopathic pulmonary fibrosis.J Clin Investig，2009，119(4)：772-787.

30.Chilosi M，Poletti V，Zamo A，et al.AberrantWnt/β-catenin pathway activation in idiopathic pulmonary fibrosis.Am J Pathol，2003，162(5)：1495-1502.

31.Kim KK，Wei Y，Szekeres C，et al.Epithelial cellα3β1 integrin linksβ-catenin and Smad signaling to promotemyofibroblast formation and pulmonary fibrosis.J Clin Investig，2009，119(1)：213-224.

32.Scotton CJ，Chambers RC.Molecular targets in pulmonary fibrosis：the myofibroblast in focus.Chest，2007，132(4)：1311-1321.

33.陳剛，王國棟，王乃輝.胰島素樣生長因子誘導人肺成纖維細胞增殖和分化.浙江臨床醫學，2015，17(10)：1708-1710.

34.Chi FH，Rohani MG，Lee SS，et al.Role of IGF-1 pathway in lung fibroblast activation.RespirRes，2013，14：102.

35.Klingberg F，Hinz B，White ES.Themyofibroblastmatrix：implications for tissue repair and fibrosis.J Pathol，2013，229(2)：298-309.

36.Wright DB，Trian T，Siddiqui S，etal.Functional phenotype of airwaymyocytes from asthmatic airways.Pulm Pharmacol T-her，2013，26(1)：95-104.

37.Prefontaine D，Lajoie KSS.Increased Expression of IL-33 in Severe Asthma：Evidence of Expression by Airway Smooth Muscle Cells.JImmunol，2009，183(8)：5094-5103.

38.孫曉麗，劉瑾，許淑云，等.纖維粘連蛋白在哮喘氣道平滑肌細胞免疫功能調控中的作用.華中科技大學學報：醫學版，2011，40(2)：183-187.

39.韋江紅，莫碧文，黃劍偉.TOLL樣受體4在哮喘大鼠氣道平滑肌細胞增殖、凋亡中的作用.中國應用生理學雜志，2011，27(3)：284-288.