作者：戴慧琪  郑琦  王子源  白岩松  金美玲 任涛

第一作者单位：上海交通大学医学院附属第六人民医院呼吸内科

通信作者：任涛，上海交通大学医学院附属第六人民医院呼吸内科

引用本文：戴慧琪, 郑琦, 王子源, 等.特发性肺纤维化与肺上皮组织干细胞功能障碍[J]. 中华结核和呼吸杂志, 2026, 49(1): 84-88. DOI: 10.3760/cma.j.cn112147-20250815-00494.

摘要

特发性肺纤维化（IPF）是一种慢性进行性和致死性的间质性肺病，病理特征是肺组织异常瘢痕化（纤维化），导致肺功能不可逆丧失。近年来的研究提出IPF本质上属于伤口愈合反应异常，始于呼吸上皮组织损伤、形成于不完美组织修复、终于肺部组织异常重塑，而肺上皮组织干细胞功能异常在其中发挥核心作用。IPF患者中，包括TP63⁺KRT5⁺气道基底细胞（BC）、AXIN2⁺肺泡上皮祖细胞（AEP）和SCGB3A2⁺呼吸性细支气管分泌细胞（RAS）在内的成体肺组织干细胞表现出显著的干性功能不足，表现为衰老和异常分化增加，呼吸上皮形成再生性修复不足而纤维性修复活跃的伤口愈合反应。采取组织干细胞肺内移植治疗IPF患者，可实现组织重塑上皮的干细胞功能重建以及纤维化病变和肺功能的改善。结合干细胞恢复肺组织再生平衡的生物学治疗策略有望实现IPF的病情控制甚至逆转。

伤口愈合反应（wound healing）是生物体长期进化过程中形成的一种修复策略，历经血栓形成、炎症反应、再上皮化、肉芽组织形成和收缩、组织重塑和溶解等系列阶段，受损组织完成修复^［4］。伤口愈合过程中，再生性修复和纤维性修复模式最为常见：前者通过损伤组织周围的同种细胞再生来完成修复，往往能完全恢复原组织的结构与功能；后者则主要是由纤维结缔组织实施修复，常形成瘢痕组织^［5］。

伤口愈合反应异常正成为解释肺组织重塑与纤维化机制的新视角：当伤口愈合过程中出现上皮细胞增殖不足且过度分化时，上皮细胞会逐渐减少而间质细胞及其分泌的ECM（extracellular matrix，ECM）会不断增多^［4］。低倍镜下IPF-UIP（普通型间质性肺炎）的典型病理学特征呈现了伤口愈合反应异常的特点：（1）斑片状致密纤维组织主要分布于胸膜下区和（或）纵隔胸膜旁、与相对正常肺组织交替出现、同时可见散在分布的成纤维细胞灶；（2）纤维化组织的主要成分为致密胶原；（3）纤维化病灶部位炎症病变通常较轻、多为淋巴细胞和浆细胞间质浸润；（4）2型肺泡上皮细胞（AT2）和支气管上皮细胞出现增生反应^［1，6］等。可见，IPF组织重塑方式属于典型的纤维性修复、是伤口愈合反应异常的结果，涵盖了上皮组织再生不足、纤维性修复过度，以及炎症反应和组织干细胞活动等环节。

1.呼吸上皮组织干细胞：气道基底细胞（basal cell，BC）是最早得到确认的呼吸上皮干细胞亚群，标志基因为TP63、KRT5、ITGA6、NGFR、PDPN、LAMB3、LAMC2，广泛分布于近端和远端气道上皮基底层，作为分化为其他管腔细胞的祖细胞，在稳态维持和损伤修复过程中起到了重要作用^［9］。文献报道，在生理状态下气道上皮的更新率较低，BC以低速率持续自我更新，优先定向分化为分泌细胞，此时Notch信号促进BC向分泌细胞分化、同时抑制分泌细胞向纤毛细胞转分化^［10］。当上皮损伤发生时，BC定向分化能力增强，可通过Notch2⁺亚群与MYB⁺亚群直接分化形成分泌细胞和纤毛细胞，利于快速修复上皮细胞缺损。BC定向分化的调控信号还包括FGF、p53和Hippo信号通路^［11］。

肺泡上皮祖细胞（alveolar epithelium progenitor，AEP）是肺泡上皮再生性修复的具体实施者，标志性分子为AXIN2、TM4SF1、A6-B4 ITGN、SCA、SFTPC^［10］。稳态下AEP的干性和低频更新受WNT、FGF7和FGF10维持，肺泡上皮损伤后AEP细胞BDNF信号上调、分泌NBL1和GREM2等BMP拮抗剂，促进AEP向AT1方向分化^［11］。近期研究发现炎症因子（如IL-1β、IL-6、TNF-α）、组织局部缺氧因子（如HIF1α）、生长因子（如EGF、FGF、TGF-β等）以及组织牵拉产生的机械力均可对AEP增殖和分化能力产生程度不同的影响^{［12, 13, 14］}，共同推动肺泡上皮结构和功能重建。

呼吸性细支气管分泌细胞（respiratory airway secretory cell，RAS）位于气道-肺泡移行区域，既表达支气管上皮Club细胞的分子标记（如SCGB1A1、SCGB3A2），又表达AT2细胞分子标记（如SFTPC、SFTPB），而缺乏表达黏液细胞分子标记（如MUC5AC、MUC5B）^{［15, 16, 17］}。RAS在胚胎肺发育阶段已经出现，分化方向分别受Notch和WNT信号通路调节^［17］。RAS向肺泡细胞转分化能力有助于肺泡上皮以及肺泡生态位的结构和功能维持，确保肺泡上皮在受损时有充分的修复性细胞储备。

干细胞的功能调控与命运决定一直是肺组织稳态与再生研究领域的核心热点，借助谱系追踪、类器官模型和单细胞时空转录组学手段，呼吸上皮干细胞的分布特点以及可塑性特征描绘愈发清晰，呼吸上皮干细胞的迁移与跨区域修复功能也逐渐明确。研究发现当肺泡上皮AT2干细胞严重受损或功能耗竭发生时，小鼠支气管肺泡交接处SCGB1A1⁺SFTPC⁺支气管肺泡干细胞（BASCs）^［23］、SOX2⁺KRT5^-的谱系阴性上皮祖细胞（LNEPs）^［24］、远端气道p63⁺KRT5^-祖细胞 ^［25］、成人终末气道SCGB3A2⁺SFTPB⁺RAS^{［15, 16, 17］} 均显示出肺泡上皮的修复潜能。近来，干细胞分化时形成的过渡态（又称中间态）细胞渐受关注，AT2向AT1分化过程中产生的中间态细胞可不仅可表达KRT8、TP63、KRT5、KRT17等气道干细胞BC的表面标志，并有TGF-β1 通路信号上调表达的特征 ^{［18, 19, 20, 21, 22］}。上述突破性成果一方面推动着肺再生领域的快速发展，另一方面也在增加干细胞功能研究结果的不确定性，干细胞的功能与转化研究任重而道远。

2.IPF肺上皮组织干细胞的功能障碍：上皮损伤是IPF的始发步骤^［26］，即呼吸上皮的反复损伤以及修复失调引发肌成纤维细胞的激活和增殖，导致ECM过度沉积^［27］。近来许多团队围绕呼吸上皮细胞功能异常，借助scRNA-seq、多组学分析、类器官模型及免疫组化等技术展开研究^{［15，28, 29］}，证实IPF肺上皮组织干细胞不仅数量不足、干性功能亦存在障碍，其干性障碍以细胞衰老和出现异常分化两大特征最为显著。

细胞衰老是IPF呼吸上皮组织分化细胞和干细胞的核心特征。在基因程序性因素和细胞内外环境有害因素积累等因素的影响下，患者肺组织细胞出现基因组不稳定、蛋白稳态丧失、结构蛋白、酶蛋白和受体蛋白合成减少，细胞摄取营养和修复损伤染色体的能力下降，细胞形态主要表现为细胞体积缩小、细胞及细胞核变形、线粒体、高尔基体数量减少和功能代谢降低^［30］。借助scRNA-seq技术分析IPF患者肺组织细胞时发现上皮细胞的衰老评分远高于健康对照组，衰老分子标记如p16、p21、p53的表达明显上调，衰老相关信号通路（p53、NF-κB、mTOR、AMPK）激活^{［30, 31］}。IPF蜂窝结构上皮中HTII-280⁺干细胞几近消失，p16⁺AT2衰老细胞比例高达35% ^［31］；气道上皮干细胞P63⁺K5⁺基底干细胞也呈现由近及远逐步增加的衰老趋势，远端气道上皮p16⁺BC和p21⁺BC衰老型气道干细胞比例则高达80%与30% ^{［32, 33］}。

异常分化是IPF肺上皮组织干细胞的另外一个显著特征。BC在早期分化阶段可生成4个亚群，即多潜能性亚群（MPB）、增殖性亚群（PB）、分泌性亚群（SPB）和活化性亚群（AB），体外分化研究显示IPF患者BC的亚群分化方向与健康人不同，表现为SPB亚群优势分化特征^［34］。最近，多个研究团队相继证实IPF病灶区域存在多种BC异常分化亚群，如牵拉性小气道被覆TP63⁺KRT14⁺BC和PTEN^lowKRT17⁺BC、蜂窝上皮富集 GPR87⁺BC、纤维斑块区域被覆独特的KRT5^-KRT17⁺BC ^{［15，29，35, 36, 37］}。鉴于KRT17的高频表达率，对KRT17⁺BC进行独立分析以及功能探索，KRT17⁺BC的多谱系特征极为明显，既有BC标志（如TP63、KRT17、LAMB3和LAMC2）、又有间质标志（如COL1A1、VIM、TNC和FN1），还具有衰老特征（表达p21）^［35］。KRT17⁺BC还具有诱导纤维母细胞增殖、促进ECM沉积和促发小鼠肺纤维化形成作用^［37］。肺泡上皮区域组织干细胞的分化异常主要以过渡态细胞（或称为ADI，PATS，DAPT，ABI，Krt8^hi AT）积聚为主要特征^{［18, 19, 20, 21］}，肺泡上皮过渡态细胞以表达Krt8、Krt19、Cldn4、CD44标记为特征，积聚于纤维化区域，具有促纤维化功能效应，并与IPF患者来源的KRT17⁺BC具有相似的转录组特征 ^{［15，38, 39］}。干细胞分化异常引发病变的分子机制正处于探索期，近来发现可能与“干细胞竞争”有关。干细胞竞争的核心理念认为优势干细胞亚群会阻抑其他干细胞亚群发挥功能 ^{［40, 41］}。纤维化病理状态下异常干细胞亚群和过渡态细胞的数量优势化以及气道干细胞在肺泡区域异位出现，慢性阻塞性肺疾病患者病理状态下的气道上皮异常亚群显著增多，均可能形成正常干细胞的功能抑制，导致组织稳态维持与损伤后修复障碍，反之亦然，同时提示也可以采取提高正常干细胞亚群比例的方法对抗异常亚群的致病作用^［42］。

针对气道上皮和肺泡上皮区域重塑，干细胞再生与移植技术开始用于肺纤维化的治疗性探索和临床转化。经支气管镜下肺内细胞移植治疗多选择间充质干细胞（MSC）、BC、AT2，研究发现 MSC肺内移植治疗具有较高的安全性，但组织修复和肺功能改善程度未达预期^{［48, 49］}。原代 AT2 受到供体来源、提取制备和扩增困难等技术瓶颈制约，难以广泛应用于临床^［50］。针对小气道上皮重塑和功能障碍，我们团队聚焦气道上皮干细胞TP63⁺KRT5⁺BC，展开干细胞采集、制备、功能验证和临床转化研究，发现IPF患者第5~7级气道上皮区域留存有干性功能正常的TP63⁺KRT5⁺BC亚群，干细胞亚群能够体外培养和连续扩增，2~3周即可获得千万数量级的正常成克隆细胞，将其经气管植入肺纤维化小鼠模型以及IPF患者纤维化病变肺组织后，BC可快速植入受损上皮，并能分化形成分泌型细胞和纤毛细胞，同时发挥纤维化抑制作用，3例难治性重度IPF患者接受自体BC移植治疗6个月后FVC可分别提升8%~17%^［25］。可见，小气道组织重塑具有可逆性，组织干细胞干性功能重建有望成为阻抑IPF病情持续进展的新策略^{［33，51, 52］}。

根据来源和个体发育过程中出现的先后次序，干细胞被习惯分为胚胎干细胞和成体干细胞，胚胎干细胞是起源于着床前胚胎内细胞群的全能干细胞，可以分化形成3个胚层以及成体所有类型的成熟细胞。成体干细胞是存在于各种组织器官中具有自我更新和一定分化潜能的未成熟细胞，因此组织干细胞往往定位于特定的微环境中，并与其中的生长因子或配体相互作用，形成干细胞生态位，进而调控干细胞的更新和分化。自体气道上皮组织干细胞经气道移植治疗IPF初获成功，表明组织干细胞凭借其自我更新与分化能力，成为实现病变组织可持续修复的理想供体细胞类型^{［7，33，53］}。

目前组织干细胞疗法主要围绕皮肤、角膜等外部器官病变实施转化探索，而肺脏、胰腺等内部器官的治疗应用刚刚起步，可推广经验仍十分有限。但干细胞的丰富来源、移植后体内有效定植、成功分化为功能细胞以及移植后干性的长期维持将是临床应用推广前急需明确的关键问题^［53］。

参考文献（略）