急性肺损伤后内源性肺干/祖细胞的动态变化及其修复作用

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肺脏作为体内最重要的器官之一,由于其独特的解剖结构和外界相通的特性,是各种损伤后极易受损的靶器官。创伤感染引发的急性肺损伤(acute lung injury,ALI)和急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)是造成创伤患者死亡的重要原因。ALI/ARDS后炎细胞的激活和炎性因子的释放可以导致气血屏障的破坏,从而造成肺氧合功能障碍。因此,气血屏障的结构和功能修复是ALI/ARDS治疗成功的关键。目前的治疗方法如控制感染、保护性机械通气等均为对症支持治疗,仅能改善患者症状,而不能从根本上促进气血屏障的修复。近年研究发现,虽然外源性干细胞(间充质干细胞、内皮祖细胞等)移植可以提高动物存活率、减轻炎症反应,改善肺功能,但最终在肺内定植的干细胞非常少,提示外源性干细胞对肺组织的直接修复损伤作用很弱。因此,在目前的条件下,外源性干细胞治疗也不能通过肺组织的修复和再生来达到治疗ALI/ARDS的目的。新近研究认为,肺内不同解剖部位存在着不同类型的干/祖细胞,常见的肺干/祖细胞主要有以下几种:气管粘膜下腺导管处的导管细胞、气管处的基底细胞、细支气管分叉和细支气管肺泡连接(bronchioalveolar duct junction,BADJ)处的变异CCSP表达细胞(variant CCSP-expressing cells, vCEs)、 BADJ处的细支气管肺泡干细胞(bronchioalveolar stem cells,BASC)、肺泡上皮处的II型肺泡上皮细胞(alveolar type2cells,AT2)。越来越多的研究表明,各种损伤后不同类型的肺干/祖细胞可以迁移、增殖并分化为损伤的细胞,具有一定的修复能力,是肺组织修复的重要细胞来源。但ALI后内源性肺干/祖细胞的动态变化及其修复作用尚未明确,因此本课题以AT2、vCEs和克拉拉细胞为研究对象,明确ALI后以上各细胞的动态变化,探讨其主要修复作用和可能机制,旨在从内源性肺干/祖细胞角度为ALI后肺组织修复提供新思路,从而有效提高ALI/ARDS的救治水平。方法:通过失血性休克和气管内注射LPS复制ALI大鼠模型,每日称重,分别在伤后1、2、3、5、7天处死,右下肺经肺循环和气管内固定后,按照各向同性随机原则(uniformisotropic random,UIR)抽取组织块和石蜡包埋,切片后进行HE染色观察肺病理变化,Masson染色观察肺纤维化程度,免疫荧光染色定性观察和/或体视学定量分析I型肺泡上皮细胞(alveolar type1cells,AT1)、纤毛细胞、AT2、克拉拉细胞、vCEs的数量密度、增殖和迁移能力变化。左肺提取蛋白质和RNA,Western blot检测AT1标志物水通道蛋白5(aquaporin5,AQP5)和AT2标志物表面活性蛋白C(surfactant protein Cprecursor,proSPC)的蛋白水平,实时定量PCR检测Ki67的mRNA水平。结果:1.肺泡损伤以炎细胞浸润、肺泡隔增厚、肺泡腔缩小为主,伤后1到3天逐渐加重,5到7天逐渐缓解;细支气管于伤后1到3天出现损伤,以上皮层增厚、空泡样改变为主,细胞脱落不明显;毛细血管于伤后5到7天出现损伤,表现为袖套样结构形成;但整个病理过程无明显的纤维化;2.损伤后AT1以断裂和表面积下降为主,伤后1到3天损伤逐渐加重,之后逐渐缓解;AT1表面积比例呈现相同的变化规律。正常大鼠AT2细胞密度为2394±150cells/mm2,伤后1天显著下降(907±289cells/mm2,P<0.05),2天开始恢复,3天迅速增加至最高峰(3308±311cells/mm2,P<0.05),5天和7天持续下降(7dpi,2758±128cells/mm2);相关分析发现伤后3到7天,AT1与AT2呈显著负相关(r2=-0.72,P=0.029)。3.损伤后纤毛细胞肥大,但无脱落;克拉拉细胞密度伤后1到3天持续下降,3天下降至最低点(1506±135vs874±83cells/mm2,P>0.05),之后逐渐增加;vCEs密度伤后1到2天持续下降,2天下降至最低(normal642±67vs2dpi508±382cells/mm2,P>0.05),3天增加至最高峰(741±100cells/mm2),5到7天逐渐减少;但vCEs与AT1无显著的相关性;4.伤后2、3天是肺组织Ki67mRNA表达的高峰,此时AT2的增殖比例显著升高(正常8.04%±1.77%vs3天23.81%±3.34%,P<0.05),vCEs和克拉拉细胞的增殖能力也有所增强;5.伤后2、3天,AT2向AT1损伤部位的迁移能力增强。结论:ALI后AT2、克拉拉细胞和vCEs是参与肺内源性修复反应的重要干/祖细胞群,其作用机制与自身迁移、增殖和分化活性增强有关。有效激活三种细胞的生物学潜能可能是实现损伤肺功能修复的重要途径。
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