气道上皮细胞损伤后,如何修复

气道上皮细胞损伤后,如何修复?一、气道上皮细胞的起源

受精卵经有丝分裂形成由许多细胞构成的中空的小球体,称为胚泡。胚泡不断通过细胞分裂和分化而长大,当受精卵着床以后形成胚胎组织,包裹在羊膜、血管网内的小胚胎称为孕囊(即原始胚囊)。胚胎继续细胞分裂、分化,产生各种细胞,此时胚胎形成时的一群细胞称为胚层,它是产生各种组织器官的物质基础。胚层按其部位分为内、中、外胚层,外胚层形成表皮和神经组织,内胚层形成肠腔上皮和消化腺上皮,中胚层形成骨骼、肌肉、血液、淋巴和其他结缔组织。通过组建各种组织、器官,最终发育成人。

气道上皮细胞

那气道上皮细胞来源于哪里呢?气道上皮细胞主要来源于原始胚囊的内胚层,而气道上皮的神经免疫系统的发育与外胚层是密切相关的。

二、气道上皮细胞的结构纤毛黏液毯构成图

气道上皮细胞构成了气道黏膜表面的保护屏障,由分泌细胞、纤毛细胞(ciliatedcell)和基底细胞(basalcell)等多种类型细胞构成,其中分泌细胞包括club细胞(又称克拉拉细胞(claracell))和杯状细胞(gobletcell)。其中分泌细胞和纤毛细胞是最主要的两种细胞。这些细胞共同形成一层纤毛黏液毯覆盖于气道表面,这对于气道抵御各种吸入性变应原和病原体起到重要作用。

气道上皮细胞的组成

整个呼吸道覆盖有纤毛细胞、穿插有分泌黏液的杯状细胞和其他的分泌细胞。

大气道的纤毛细胞为假复层柱状细胞、在毛细支气管转为立方细胞。

杯状细胞在小气道逐渐减少,渐渐由另一种分泌细胞代替——克拉拉细胞。

部分咽部黏膜,从终末细支气管到肺泡,无上述细胞覆盖。

三、气道上皮的功能纤毛清除异物示意图

黏液纤毛清除功能:气道上皮细胞识别异物后,会增加黏液的分泌和纤毛的摆动频率。纤毛细胞通过规律的摆动将气道分泌的黏液向咽部推移,将大部分吸入性变应原、病原体、粉尘等物质清除体外。

屏障防御功能:气道表面由连续的气道上皮细胞覆盖来抵挡外界的异物。气道上皮细胞还具有较强的修复能力。

先天性免疫功能:气道上皮细胞具有活跃的先天性免疫功能,可以分泌多种细胞因子激活免疫细胞和招募炎症细胞。

促修复的间充质干细胞

近期,德国吉森大学Bellusci实验室团队在CellReports上发表题为IdentificationofaRepair-SupportiveMesenchymalCellPopulationduringAirwayEpithelialRegeneration的文章。该研究鉴定出一种新的间质干细胞类型,将其命名为促修复的间充质干细胞(Repair-SupportiveMesenchymalCell,RSMC),通过促进Wnt-Fgf10信号通路的表达修复损伤后的气道上皮细胞。

前期研究发现,萘(naphthaline,NA)可选择性杀死club细胞,使纤毛细胞变扁、功能受损,而经过一段时间的恢复,club细胞和纤毛细胞可再生得到修复。该研究利用Acta2-Cre-ERT2;Ctnnb1flox/flox和Acta2-Cre-ERT2;Fgf10flox/flox小鼠特异性敲除Acta2+细胞中的Ctnnb1或Fgf10基因,并应用NA建立小鼠气道上皮损伤模型,发现在NA损伤后第14天(修复早期),对照组正常小鼠气道上皮的club细胞逐渐恢复并重新生长;而特异性敲除了Acta2+细胞中Ctnnb1或Fgf10基因的小鼠气道上皮的club细胞无法再生。

随后,该团队应用Acta2-CreERT2;tdTomatoflox示踪鼠去追踪Acta2+细胞(呈红色荧光)的分化去向,通过免疫荧光染色,他们发现在NA损伤过程中club细胞和气道平滑肌细胞(Airwaysmoothmusclecells,ASMC)之间出现了一群表达血小板源性生长因子α(Pdgfrα)的红色细胞,即Pdgfrα+Acta2+双阳性细胞,而在修复后期(第56天左右),Pdgfrα+Acta2+双阳性细胞变为Acta2+细胞,且数量显著减少。

为深入探讨这群细胞的功能,该团队应用流式分选技术,把Acta2-CreERT2;tdTomatoflox示踪鼠肺中tdTomato+细胞,即Acta2+细胞分选出来,检测细胞中相关基因的表达并培养,发现在损伤过程中Acta2+细胞表达Pdgfrα和Fgf10增高,且Pdgfrα和Fgf10是Wnt的下游信号分子。随后他们给予Acta2-CreERT2;tdTomatoflox小鼠NA损伤,分选出Pdgfrα+Acta2+双阳性细胞和Pdgfrα-Acta2+细胞,分别与正常club细胞进行类器官共培养,结果显示只有Pdgfrα+Acta2+双阳性细胞能够促进club细胞再生,形成支气管球。

该研究发现,Pdgfrα+Acta2+双阳性细胞只在气道上皮损伤后出现,通过Wnt-Fgf10促进气道上皮细胞再生修复,修复完成后即功成身退。由于这群细胞的功能是促进气道上皮细胞修复,故他们定义这群细胞为促修复的间充质干细胞(RSMC)。具体的病理生理机制仍有待探索。

参考文献

MoiseenkoAlena,Vazquez-ArmendarizAnaIvonne,KheirollahiVahidetal.IdentificationofaRepair-SupportiveMesenchymalCellPopulationduringAirwayEpithelialRegeneration.[J].CellRep,,33:.

编辑

儿童呼吸科徐莉

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儿童呼吸科苏苗赏

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