JCI：西南医科大学曾博团队发现机械敏感通道TMEM63A和TMEM63B介导肺扩张诱导的表面活性剂分泌

肺表面活性物质是一种附着在肺泡表面的脂蛋白复合物，其作用是降低肺泡表面张力，促进吸气。表面活性物质缺乏常见于早产儿，也见于呼吸窘迫综合征的儿童和成人。肺泡2型上皮(AT2)细胞在肺扩张过程中的机械拉伸是刺激表面活性剂分泌的主要生理因素；然而，目前尚不清楚是否有专门用于这一过程的机械传感器。

2023年12月21日，西南医科大学曾博团队在Journal of Clinical Investigation 在线发表题为“Mechanosensitive channels TMEM63A and TMEM63B mediate lung inflation-induced surfactant secretion”的研究论文，该研究表明机械敏感通道TMEM63A和TMEM63B的缺失导致小鼠由于表面活性剂分泌不足而导致肺不张和呼吸衰竭。

TMEM63A/B主要定位于板层体的限制膜，这是一种溶酶体相关的细胞器，在AT2细胞中储存肺表面活性物质和ATP。在细胞拉伸过程中，TMEM63A/B通道被激活，促进了与质膜融合的片状体释放表面活性剂和ATP。释放的ATP在AT2细胞中激活Ca²⁺信号，并增强更多板层体的胞外融合。该研究揭示了TMEM机械敏感通道的重要生理功能，使肺部为出生时的第一次呼吸做好准备，并在一生中维持呼吸。

肺表面活性物质是降低肺泡衬里液体表面张力和有效吸气所必需的。肺表面活性物质缺乏导致早产儿新生儿呼吸窘迫综合征，并涉及成人各种肺部疾病，包括急性呼吸窘迫综合征、阻塞性肺疾病、急性呼吸窘迫综合征。众所周知，肺泡上皮细胞(AECs)通过机械敏感的ATP释放和Ca²⁺依赖途径刺激肺表面活性剂的分泌。AECs由大而薄的肺泡1型(AT1)细胞组成，用于气体交换，立方肺泡2型(AT2)细胞用于合成和分泌肺表面活性剂。在AT2细胞中，肺表面活性剂和ATP储存在板层体(LBs)中，这是一种与溶酶体相关的特化细胞器。

肺扩张诱导表面活性剂分泌的一个普遍接受的机制是，AECs的拉伸引起ATP释放到肺泡表面，然后这些释放的ATP在AT2细胞中引起Ca²⁺信号，促进LBs与质膜的融合和表面活性剂的胞外分泌。然而，仍有几个关键问题尚未解决：(i)机械拉伸如何诱导ATP释放？体外研究表明AT1和AT2细胞都是ATP的来源，ATP释放的途径尚未得到一致的说明。(ii)为什么ATP处理可以有效地刺激LB与质膜融合，但在促进表面活性剂释放方面却远不如细胞拉伸？目前尚不清楚的是，拉伸诱导的Ca²⁺信号仅仅是P2嘌呤能受体对细胞外ATP的反应，还是含有由细胞拉伸直接激活的Ca²⁺可渗透机械敏感通道所贡献的成分。

机理模式图（图源自Journal of Clinical Investigation ）

为了解决这些问题，最重要的问题是了解机械拉伸是如何在AECs中感知和转导的。尚不清楚AECs中是否有一个主要的机械传感器来启动或控制ATP和表面活性剂的释放。在各种能够感知机械力的细胞结构和蛋白质中，机械敏感离子通道与Ca²⁺信号传导和胞吐作用最为相关。目前，只有四种类型的哺乳动物离子通道通常被认为是真正的机械激活通道，包括Piezo1/2，双孔域K⁺通道(K₂P, TREK/TRAAK)，跨膜通道样TMC1/2和跨膜63 (TMEM63)通道。尽管在AT1细胞系中发现Piezo1可以调节ATP释放，但在小鼠肺中未检测到其在AECs中的功能表达。K₂P通道广泛表达，但由于其复极化作用，与Ca²⁺信号没有直接关系。TMC1/2在耳蜗毛细胞中形成机械转导通道，其突变仅导致听力损失。作为最近发现的机械敏感通道，TMEM63B在毛细胞存活中起关键作用，对听力至关重要，但TMEM63A/B/C在其他系统中的生理功能尚不清楚。

综上所述，该研究发现AT2细胞中的TMEM63A/B机械敏感通道通过感知和转导肺泡扩张过程中LBs所受的机械力来控制肺表面活性剂和ATP的释放。TMEM63A/B 缺乏导致肺泡表面活性物质不足，进而引起肺不张和呼吸衰竭。该研究证明了机械敏感通道TMEM63A和TMEM63B是AECs中的机械传感器，介导肺扩张诱导的表面活性剂和ATP的释放，并在维持呼吸功能中发挥重要作用。

原文链接：

https://www.jci.org/articles/view/174508