巨噬細胞極化與代謝性疾病的研究進展

況曉東，周曉燕，艾有生

（南昌大學醫學院a.病理教研室；b.病理生理學教研室，南昌330006）

隨著社會的日益進步，肥胖的發病率越來越高，肥胖及由它引起的各種代謝疾病已成為21世紀威脅人類健康的重要原因之一，因而肥胖及相關的代謝綜合征已成為當前研究的熱點。肥胖常伴隨著一系列的代謝性疾病，包括胰島素抵抗、2型糖尿病、脂肪肝、動脈粥樣硬化及退行性疾病（如癡呆）、呼吸道疾病、高血壓等，這些疾病的發生大多是由慢性炎癥引起的，而在慢性炎癥中巨噬細胞具有舉足輕重的地位。近來研究發現，巨噬細胞在代謝性疾病中既可以發揮促炎作用，同時還能抑制炎癥的發生［1］。這種“雙重身份”的發生和巨噬細胞極化有著密切關系，在代謝性疾病的發生發展中起著重要作用。目前有關巨噬細胞極化與代謝性疾病的研究取得了很大進展，綜述如下。

1 巨噬細胞極化含義及其作用

功能上的可塑性和多樣性是單核巨噬細胞的顯著特點之一，巨噬細胞隨著周圍環境的變化，功能上會發生顯著變化［2］。這些功能上的變化，也稱為功能上的巨噬細胞極化，可以產生不同基因表達譜和不同功能的巨噬細胞亞群。近年來,不同的巨噬細胞亞型已被證實,根據激活后巨噬細胞的功能大致將其分為2類：經典激活的巨噬細胞（classical activated macrophage,簡稱為caMφ或M1型）及替代激活的巨噬細胞 （alternative activated macrophage,簡稱為 aaMφ 或 M2 型）［3］。

M1型巨噬細胞具有分泌大量促炎細胞因子的功能。M1型細胞的激活主要由CD4+輔助性T細胞（Th1）分泌的干擾素-γ（IFN-γ）、革蘭氏陰性細菌細胞壁成分脂多糖（LPS）、顆粒巨噬細胞集落刺激因子（GM-CSF）或腫瘤壞死因子（TNF）介導，表現為自身抗原呈遞能力上升，補體介導的吞噬作用提高，大量促炎癥因子如腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白介素-1β（IL-1β）、IL-6、IL-12、IL-23、一氧化氮（NO）的釋放以及化學趨化因子配體-9（CXCL-9）、CXCL-10等的產生。這些炎性介質的釋放，促進了體內異己成分的有效清除［4］。M1型細胞亦可作為效應細胞參與到Th1免疫應答過程中，促進炎癥反應的進行，對細胞內感染的病原體有殺傷作用。

M2型巨噬細胞與M1型巨噬細胞具有截然不同的作用：在炎癥疾病中抑制炎癥反應，促進組織損傷修復［5］；參與腫瘤疾病中的炎癥反應。依據其活化后釋放的特異性功能標志物分為M2a、M2b、M2c 3種類型。由IL-4或IL-13誘導的M2a，分泌大量抗炎細胞因子IL-10、增強精氨酸酶 1（arginase 1，Arg1）并特征性表達甘露糖受體和巨噬細胞半乳糖型C型凝集素，對炎癥刺激不敏感，參與殺傷胞外病原體、碎片清除、血管發生、組織重建和傷口愈合，并促進Th2免疫［6］；免疫復合物及部分Toll樣受體（TLR）配體誘導的M2b，分泌大量 IL-10而低分泌IL-12［2］，抑制細菌內毒素引起的急性炎癥，并促進Th2分化和體液免疫；IL-10、糖皮質激素（gluco corticoids）或開環甾體類激素（如維生素D）誘導的M2c，高分泌IL-10和TGF，調節和抑制免疫炎癥。近來研究發現，還存在一種新亞型M2d型，也稱為腫瘤相關巨噬細胞（tumor-associatedmacrophages，TAMs），表現出抑制免疫、促進腫瘤進展的能力，但是TAMs并不是典型的M2型巨噬細胞，與其他3個亞型相比，TAMs表達高水平的CD14、CD163和較低水平的CD86，TAMs中多種巨噬細胞分化標志物較典型M2型巨噬細胞低，如 F4/80、CD68、CD115、CD11b［7］。

2 巨噬細胞極化與代謝性疾病

巨噬細胞作為重要的固有免疫細胞和抗原提胞，接受不同的刺激，它能從激活的 M1型回到M2型，也能從M2型轉化成M1型巨噬細胞。這取決于M1型和M2型標志蛋白表達量的可逆性轉化。M1型巨噬細胞表型包括表達MCP-1、IL-6和TNF-α；而M2型巨噬細胞標志物為：CD163、CD206（甘露糖受體，MR）、CCL18（趨化因子配體 18）和IL-10［11］。 比如成熟的巨噬細胞在GM-CSF、IL-10和地塞米松的刺激下，CD163 表達增強，而 GM-CSF、IL-4、TGF-β、IFN-γ、TNF-β 和 LPS 使 CD163表達減少；GMCSF、IL-4和 TGF-β 使 CD206 表達增強；IL-4、IL-10和 LPS促進 CCL18表達；GM-CSF、TNF-α 和LPS 則增強 CCL3 的表達［11］。

另外有研究表明，巨噬細胞極化與脂肪組織、肝組織等代謝性疾病密切相關，IL-4誘導的替代激活巨噬細胞高表達PPAR，而PPAR與脂類代謝、氧化反應、胰島素抵抗等密切相關，提示巨噬細胞極化與生理代謝活動的密切相關性［12］。肥胖過程中脂肪組織浸潤有一群新的F4/80+CD11c+的巨噬細胞，稱脂肪組織巨噬細胞（adipose tissue macrophages，ATM）。ATM 高表達TNF-α、iNOS等 M1標志,其分泌的TNF-α導致肥胖小鼠的胰島素抵抗；瘦小鼠的脂肪組織巨噬細胞高表達 Ym1、Arg1和 IL-10等M2標志，其中抗炎因子IL-10在保護瘦小鼠脂肪細胞免受TNF-α誘導的胰島素抵抗中發揮重要作用［13］。

3 代謝性疾病中巨噬細胞極化的信號通路及重要調控因子

雖然目前普遍被接受的是JAK-STAT通路參與了巨噬細胞極化，但現在對于巨噬細胞極化的信號通路還不甚清楚。研究發現有許多重要的轉錄因子參與了代謝性疾病中巨噬細胞極化。因此，基于以上對巨噬細胞極化對代謝性疾病的概述，下面將對代謝性疾病中巨噬細胞極化信號轉導有重要調節作用的分子進行介紹。

3.1 信號傳導與轉錄激活因子（STAT）家族

STAT在M1或M2型巨噬細胞極化中均有重要作用，其中STAT1參與了M1極化作用，而M2的激活主要由STAT6介導。Janus激酶是一類沒有受體的蛋白酪氨酸激酶，也被稱為JAK激酶，包括4個家族成員，即JAK1、JAK2、JAK3及Tyk2。其中Ⅰ型受體可以激活JAKs中的JAK1、JAK3，而Ⅱ型受體激活的是JAK1、JAK2及Tyk2。JAK進一步激活STAT通路。STAT是在JAK/STAT通路中發揮重要呈細胞，在抗感染、抗腫瘤免疫中發揮關鍵的免疫激活和免疫效應作用。在代謝性疾病方面巨噬細胞同樣表現出非同尋常的作用。

近來研究熱點之一就是巨噬細胞極化在動脈粥樣硬化（atherosclerosis,AS）發病中的作用。巨噬細胞由單核細胞分化而來，在炎癥過程中，通過有效的吞噬，在殺死入侵機體的異質抗原，移除細胞殘片等方面發揮作用。在AS及相關疾病中，巨噬細胞通過攝取修飾的低密度脂蛋白（low density lipoprotein,LDL）轉變成泡沫細胞。具體而言，血管內膜通過蛋白聚糖捕獲LDL，LDL的氧化修飾激活循環血中的單核細胞，使其產生包括CCL2在內的細胞因子。巨噬細胞通過降解細胞外基質（extracellularmatrix,ECM）遷移到組織炎癥發生處，通過攝取氧化型低密度脂蛋白 （oxidized low-density lipoprotein,ox-LDL）形成泡沫細胞。巨噬細胞可以產生促炎因子，如TNF-α、IFN-γ，也可以產生抗炎或抑制炎癥的細胞因子如 IL-10、TGF-β 等［1］。 巨噬細胞亦能介導組織修復，在AS發生過程中，巨噬細胞促使平滑肌細胞增生，并使其從中膜遷移到內膜下形成纖維帽。巨噬細胞和成纖維細胞則直接參與到細胞外基質的合成，同時，泡沫細胞分泌的細胞因子能夠促進斑塊處的血管新生，促進肉芽腫的形成。研究發現AS斑塊部位同時存在著M1型和M2型巨噬細胞，這種細胞的異質性說明巨噬細胞對不同的微環境信號刺激反應的多樣性和可塑性［8］。高脂血癥患者外周血中單核細胞增多，并且以炎癥型單核細胞為主。炎癥型單核細胞在血管中堆積，直接通過損傷的血管內皮，進入動脈壁內膜分化成巨噬細胞，啟動并維持AS的慢性炎癥。外周血中氧化 LDL可誘導巨噬細胞集落刺激因子（M-CSF）、粒細胞-巨噬細胞刺激因子（GM-CSF）表達，并通過PI3K和NF-κB信號傳導通路促進巨噬細胞增多和成熟［9］。隨著AS的發展，AS粥樣斑塊組織內巨噬細胞不斷增多，并依據AS進展病變狀況極化成M1或M2型巨噬細胞，比如不穩定斑塊組織中主要以M1型巨噬細胞為主，而穩定斑塊組織中M2型巨噬細胞比例增加［10］，M1與M2型巨噬細胞處于動態平衡中。在AS晚期，患者血漿中出現Th2型細胞因子，Th2型細胞因子通過激活M2型巨噬細胞，促進纖維帽形成，增強斑塊的穩定性。

在特定條件下，已分化的M1型和M2型巨噬細胞之間還可相互轉化；高脂飲食可導致脂肪組織巨噬細胞 M2型向M1型轉化。巨噬細胞是可塑性細作用的轉錄因子家族，它們既參與信號傳導，又激活基因轉錄。STAT家族目前發現有7個成員,分別命名 為 STATl、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5A、STAT5B和STAT6。通過JAK-STAT通路的信號傳遞作用，巨噬細胞會對超過20種的細胞因子做出相應的應答［14］。

3.2 過氧化物酶體增殖物激活受體（PPARs）

PPARs是一類由配體激活的核轉錄因子。PPARs有 3 種不同的亞型：PPARα、PPARβ/δ、PPARγ。各亞型都可通過配體激活，實現核轉位而調節相關基因的表達，因而PPARs家族成員具有多種生物學效應。在小鼠及人源細胞中，PPARγ是巨噬細胞M2基因型的增強子。PPARγ的激活促使人源單核細胞向M2分化，具有抑炎活性。在小鼠中，巨噬細胞中的PPARγ選擇性失活會導致替代激活受阻，飲食引起的肥胖癥、胰島素耐受、葡糖耐受癥狀惡化，體內炎性介質表達上升［15］。 PPARβ/δ 也參與調節巨噬細胞替代激活。IL-4、IL-13可以促使 PPARβ/δ表達上升。在小鼠中，PPARβ/δ缺失導致脂肪組織和肝臟中的巨噬細胞無法發生替代激活，出現炎性變化，脂肪細胞代謝紊亂、肝功能失調，并伴隨系統性胰島素耐受［15］。 在人源細胞中，PPARβ/δ、PPARα 并不能促使單核細胞發生替代激活。但研究發現，PPARβ/δ、PPARα可以調控胞內脂代謝相關基因的表達，說明與 PPAR γ 不同，PPARβ/δ、PPARα 可能更多的是參與細胞胞內脂代謝調控［16］。

3.3 NF-κB

NF-κB異源二聚體形成的復合物作為轉錄因子，在各種細胞內普遍存在著，決定了NF-κB廣泛參與到細胞對外界刺激應答引起的活化、增殖、存活相關信號通路中。NF-κB對腫瘤相關炎癥以及惡性腫瘤的發展十分重要。有研究表明,NF-κB的活化不僅存在于炎癥的誘發階段，導致更多促炎因子的釋放，同時也可以激活抑炎因子的轉錄，促進巨噬細胞的凋亡，緩解炎癥［17］。NF-κB 對巨噬細胞 M2 型極化調控的作用機制至今不明。NF-κB在活化前與IκB結合在一起，處于失活狀態。當胞外信號與膜上識別受體作用，例如通過病原相關分子模式PAMP作用于Toll樣受體，激活IKK激酶，磷酸化IκB，使其泛素化降解。NF-κB被IκB釋放，從胞質向核內轉位，開啟下游基因的轉錄。T.Hagemann等［18］發現IKK激酶家族成員之一IKKβ參與調控腫瘤相關巨噬細胞活化，抑制其經典M1型激活，促進其向M2型轉變，從而具有免疫抑制作用。

3.4 SOCS

SOCS是一類免疫抑制分子，負調節IFN-γ介導的信號轉導，參與 T細胞分化調節，同時其甲基化異常在腫瘤的發生發展中發揮重要作用。巨噬細胞在炎癥情況下可誘導表達SOCS1和SOCS3；IL-4激活的巨噬細胞排他性地表達SOCS1，而IFN-γ和LPS刺激則使巨噬細胞內 SOCS1表達被抑制，逐步極化為僅表達SOCS3的M1巨噬細胞；敲除SOCS3的巨噬細胞對IFN-γ和LPS不再反應，上調表達SOCS1，恢復對IL-4的反應性并表達 M2表型分子，提示誘導表達的SOCS3對于M1激活是必須的。SOCS1可控制巨噬細胞對 IFN-γ的反應性及 TLR4和TLR9激活的信號通路；并且是STAT1通路的內源性抑制劑，上調SOCS1表達可使巨噬細胞向M2類型分化，提示 SOCS1 參與 M2 激活調控［19］。

如上所述，在這些代謝性疾病中，通過巨噬細胞極化作用，巨噬細胞的局部富集是巨噬細胞炎癥損傷的前提。而趨化因子是巨噬細胞定向移動的重要驅動分子，可影響炎癥局部浸潤免疫細胞的類型和數量。已知M1/M2表達不同的趨化因子受體，因此，針對性地趨化某一亞型的巨噬細胞到達病理部位，成為治療或緩解病理的可能策略之一。所以，充分闡明代謝性疾病過程中的巨噬細胞極化亞型及其極化機制，設計基于巨噬細胞極化調控的細胞或分子策略，將成為治療代謝性疾病的一個新的富有潛力的領域。

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