《Stem Cell Reviews and Reports》：Unlocking Alveolar Regeneration: AT2 Stem Cells, Signaling Networks, and Therapeutic Frontiers
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本篇综述系统阐述了肺泡II型上皮细胞（AT2）作为关键成体干细胞在肺稳态维持和损伤后修复中的核心作用，归纳了AT2自我更新与分化为I型细胞（AT1）的调控网络、相关肺部疾病的分子病理机制，并展望了基于AT2细胞的诊断、基因靶向治疗及细胞替代疗法等再生医学前沿应用。
引言：肺部的再生建筑师
肺是实现气体交换和维护呼吸稳态的重要器官。在肺泡发育过程中，远端肺内胚层分化为两种特化的肺泡上皮细胞：行使气体交换功能的鳞状肺泡I型上皮细胞（AT1），以及立方状的肺泡II型上皮细胞（AT2）。AT2细胞不仅是表面活性物质的合成者、液体稳态和免疫的调节者，更扮演着肺泡干细胞的关键角色，在损伤后能迅速增殖，再生出成熟的AT2细胞并分化为AT1细胞，以恢复上皮完整性并稳定肺微环境。
终其一生，肺部持续暴露于多种风险因素，极易因感染和损伤引发多种肺部疾病。当AT2细胞功能失调时，会驱动诸如特发性肺纤维化（IPF）、慢性阻塞性肺病（COPD）等难治性肺部疾病的进展。因此，阐明调控肺泡干细胞自我更新与分化的机制，对于开发针对肺部病理的新疗法至关重要。
肺泡更新的构筑者
肺泡是气体交换的基本功能单元，其上皮主要由AT1和AT2细胞构成。作为肺泡干细胞，AT2细胞在向AT1细胞分化过程中会生成分化中间态（ADI）。损伤后的肺泡再生能力，直接决定了肺功能的恢复和疾病进程。
AT2细胞：经典的肺泡干细胞
作为损伤后上皮修复、再生和肺泡稳态的核心调节者，AT2细胞能分泌细胞因子和趋化因子调节免疫反应，并合成表面活性蛋白C（SFTPC）以维持肺泡表面张力、防止塌陷。在应激条件下，AT2细胞增殖并分化为AT1细胞，行使干细胞功能。
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肺泡上皮祖细胞（AEPs）：一个富含Axin2（Wnt信号靶标）的AT2亚群，表现出更强的干性，约占AT2群体的29%。它们驻留在远端肺部，在稳态下保持稳定，在损伤后能快速响应，增殖并再生出成熟的AT2和AT1细胞，促进功能性修复。
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支气管肺泡干细胞（BASCs）：位于支气管肺泡管连接处（BADJ），具有强大的克隆形成和多能潜力，表达Clara细胞分泌蛋白（Scgb1a1/CC10）和SFTPC。在严重损伤时，BASCs能增殖并分化为AT2细胞，为肺泡修复做出贡献。
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谱系阴性上皮祖细胞（LNEPs）/远端气道干细胞（DASCs）：驻留在远端气道，损伤后可以被激活并参与修复。这类细胞在稳态下低表达谱系成熟标记物，但在损伤后能扩增、迁移并分化为肺泡谱系细胞。
过渡状态：AT2向AT1分化的导航
证据表明，AT2细胞在向AT1分化时会经历一个肺泡分化中间状态（ADI），也被称为前肺泡I型过渡状态（PATS）或损伤相关过渡祖细胞（DATPs）。这一状态的核心特征是高表达角蛋白8（Krt8）。ADI细胞来自AT2细胞和Scgb1a1+的克拉拉细胞，最终分化为AT1细胞。其形成和转化受到Etv5、YAP/TAZ、Wnt/β-连环蛋白等多条关键信号通路和转录因子的动态调控。
AT1细胞命运：分化与可塑性
AT1细胞的主要来源是AT2细胞。Hippo-YAP通路、BMP信号、Notch信号等共同精细调控这一修复过程。其中，YAP/TAZ通过感知机械张力，对AT2增殖、AT2向AT1分化及新生肺泡上皮形成至关重要。值得注意的是，近期研究挑战了AT1细胞是终末分化的传统观念，证明了其内在可塑性和双向分化潜能，Hopx+的AT1细胞在特定条件下也能分化为AT2细胞。
维持AT2干性：质量控制和生态位对话
AT2细胞的再生能力依赖于一个多层次的、复杂的质量控制系统。
表观遗传杠杆控制再生命运
表观遗传机制，如DNA甲基化、组蛋白修饰和microRNA（miRNA）调控，深刻影响着肺泡上皮细胞的命运。例如，NKX2-1作为谱系决定因子，在AT1和AT2细胞中通过与不同转录共激活因子（如YAP/TAZ-TEAD复合物）结合，发挥细胞类型特异性的功能。ZIP8/SIRT1轴则通过调节锌代谢和去乙酰化酶活性，维持上皮稳态和祖细胞功能。
代谢重编程：为AT2增殖与修复供能
作为高代谢活性细胞，AT2细胞的代谢状态特定地调节其增殖和分化。损伤会重编程脂质和葡萄糖代谢。增强的糖酵解和磷酸戊糖途径通量能够为AT2增殖提供ATP、限制活性氧（ROS）积累并供应核苷酸。同时，自噬的激活帮助细胞从脂质中心代谢转向葡萄糖依赖性代谢，加速肺泡上皮再生。
细胞器完整性：内质网应激、线粒体与表面活性物质稳态
AT2细胞合成肺表面活性物质，这一过程涉及复杂的脂质和蛋白质合成、折叠与运输。内质网膜蛋白复合物（EMC）等组件对表面活性蛋白的正确加工和运输至关重要。表面活性蛋白C（SFTPC）的突变会破坏蛋白质稳态，引发内质网应激（UPR）和AT2细胞重编程。同时，线粒体功能完整性与表面活性物质脂质合成密切相关，线粒体损伤会扰乱AT2脂质代谢，损害肺泡稳态。
端粒维持：守护AT2再生潜能
端粒由端粒酶（TERT/TERC）维护，保护染色体末端免受复制性损耗，维持干细胞增殖能力。在IPF等多种肺部疾病中，AT2细胞普遍存在端粒缩短，这会削弱其增殖和分化能力，损害再生功能。而Krüppel样因子4（KLF4）通过结合TERT启动子维持其表达，从而增强端粒酶活性、维持干细胞自我更新。
再生生态位：与基质和免疫细胞的对话
生态位细胞对于维持AT2干细胞功能至关重要。脂成纤维细胞支持AT2扩增并驱动损伤后的新生肺泡形成。肺泡肌成纤维细胞通过成纤维细胞生长因子受体（FGFR）信号驱动肺泡再生。间充质干细胞（MSCs）通过旁分泌作用促进上皮修复，例如通过调节烟酰胺磷酸核糖基转移酶（NAMPT）介导的NAD+代谢来减轻AT2衰老。单核来源的肺泡巨噬细胞（Mo-AMs）的异常募集会促进纤维化，而整合应激反应抑制剂（ISRIB）等干预手段可以调节巨噬细胞命运，同时刺激AT2增殖和AT1分化。此外，肺毛细血管内皮细胞（PCECs）通过产生血管分泌因子（如基质金属蛋白酶14，MMP14）来刺激上皮祖细胞增殖，促进再生性肺泡化。
治疗展望
随着单细胞转录组学（scRNA-seq）、类器官培养、空间转录组学和CRISPR-Cas基因编辑等技术的飞速发展，AT2细胞已从基础研究对象转变为连接基础研究与临床转化的关键枢纽。
作为疾病诊断的生物标志物
AT2细胞表达的特征性分子（如表面蛋白HTII-280、表面活性蛋白、转录因子NKX2-1等）在病理条件下的改变，可作为疾病诊断的分子特征。例如，在IPF和KRAS驱动的肺腺癌（LUAD）中，AT2细胞的损伤、耗竭或异常分化是关键病理事件，相关标记物可用于评估疾病进展。在COVID-19中，感染SARS-CoV-2的AT2细胞是病毒主要靶点，其损伤程度与肺损伤严重性相关。
作为基因靶向治疗的载体与靶点
针对由SFTPC基因功能获得性突变引发的家族性间质性肺病，开发分子伴侣抑制剂或自噬激活剂来对抗蛋白毒性应激是一种策略。调节AT2干细胞自我更新相关通路（如使用Wnt激动剂或GSK3抑制剂）能为基因治疗创造有利的微环境。更前沿的是，基于纳米技术的基因编辑平台（如CRISPR-Cas9纳米颗粒）能够靶向清除ROS并编辑促衰老基因，逆转AT2细胞衰老；而脂质纳米颗粒（LNP）递送的mRNA可编码短效抗纤维化CAR T细胞，清除过度活化的成纤维细胞，促进肺泡再生。
作为细胞替代疗法的来源
通过定向分化技术，可以将人多能干细胞（PSCs）高效分化为功能性的AT2细胞。将体外生成的hPSC-AT2细胞移植到损伤的肺组织中，以补充和再生功能性肺泡上皮，为终末期肺病提供了细胞替代疗法的希望。
结论与展望
肺泡上皮的病理性损伤是肺部疾病的主要病因，而肺泡干细胞的自我更新和分化对于维持上皮稳态至关重要。内源性祖细胞（AEPs、BASCs、LNEPs/DASCs）和AT2干细胞通过复杂的信号网络（Wnt、Notch、BMP、Hippo-YAP等）和精密的质量控制系统，共同协作修复损伤、恢复肺功能。将AT2干细胞的研究成果转化为临床实践仍面临诸多挑战，如移植后的存活与定植效率、病理微环境的影响、致瘤性与免疫排斥风险等。然而，随着对AT2生物学理解的不断深入和新技术的涌现，基于AT2细胞的诊断和治疗策略正引领着肺再生医学迈向一个变革性的新时代。
