巨噬細胞極性與動脈粥樣硬化關系的研究進展

摘要：當前，動脈粥樣硬化（AS）是一種特殊的慢性炎癥疾病的觀點已被普遍認可，而巨噬細胞的極性在其中扮演著關鍵角色。改變巨噬細胞的極性，進而改變動脈粥樣硬化斑塊的性質、縮小斑塊大小，從而發揮防治動脈粥樣硬化的目的，為臨床藥物治療提供了新的靶點與思路。

關鍵詞：巨噬細胞極性；動脈粥樣硬化；M1/M2型巨噬細胞；可塑性

動脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）是一種由多因素造成的在多年內不斷進展的終生性疾病。其中，炎癥反應與動脈粥樣硬化密切相關。在炎癥反應中，又以巨噬細胞極性扮演著至關重要的作用。以往的研究顯示在一些炎癥性疾病當中的巨噬細胞通過經典活化的途徑分化成為 M1亞型后，可以促進炎癥的發展；現在發現通過替代激活途徑被誘導成為 M2亞型后，則具有抗炎的作用[1]。巨噬細胞極性與動脈粥樣硬化兩者之間關系的研究，有助于我們找到新的方法與途徑來防治動脈粥樣硬化的發生與發展。

1巨噬細胞的來源及分型

動脈粥樣硬化斑塊內的巨噬細胞來源于循環中的單核細胞，各種危險因素如高膽固醇血癥、高血壓、感染等損傷血管內皮，上調血管細胞黏附分子-1（VCAM-1）、細胞間黏附分子-1（ICAM-1）以及單核細胞趨化蛋白（MCP）的表達，增強對血液中的單核細胞趨化黏附作用，趨化募集并增殖單核細胞，并在各種因子尤其是巨噬細胞集落刺激因子（M-CSF）的介導下使進入管壁的單核細胞轉變為巨噬細胞。巨噬細胞可以表達多種清道夫受體（SRs）包括SR-A、SR-B1、CD36、CD68及磷脂酰絲氨酸，同時又分泌多種炎癥介質，如基質金屬蛋白酶（MMPs）、組織因子（TF）等，與動脈粥樣硬化密切相關。

新的研究發現，巨噬細胞具有異質性（heterogeneity）[1]。在不同的微環境條件下，根據獲得的刺激信號不同，巨噬細胞可分化成兩種完全不同的表型，表現出不同的極性（polarization）：即經典活化型（classically activated，M1型）和替代活化型（alternative activated，M2型）巨噬細胞。M1型巨噬細胞標志物包括CD 16/32，MCP-1（單核細胞趨化蛋白1），白介素-12 （ IL-12）和TNF-α；而M2型巨噬細胞則為：CD206，CD163，CCL17（趨化因子配體17），CCL18和白介素-10（IL-10）[2-3]。已知M1型巨噬細胞高表達CD16/32和誘生型一氧化氮合酶（iNOS），分泌 IL-12、IL-23 等炎性細胞因子，參與炎癥反應及病菌清除；M2型巨噬細胞高表達CD206和I型精氨酸酶，分泌炎癥抑制因子IL-10，抑制炎癥反應，促進組織損傷修復。

2巨噬細胞極性的分化及互相轉化

局部微環境是決定巨噬細胞發生類型和功能差異的主要因素[4]。實驗發現，激活的方式不同，誘導分化形成的巨噬細胞的類型亦不同。以往的體外研究證實[5]，單獨使用干擾素γ（IFN-γ），或IFN-γ聯合脂多糖（LPS），或IFN-γ聯合細胞因子如TNF-α和GM-CSF等可誘導巨噬細胞分化成M1型巨噬細胞。同樣，IL-4、IL-13、IL-10、TGF-β、過氧化物酶體增殖物激活受體γ（PPARγ）激動劑、免疫復合物、糖皮質激素、脂聯素等可誘導M2型巨噬細胞的形成[6-7]。

根據細胞膜表面抗原分子的表達不同，循環中的單核細胞可分為炎癥型與定居型單核細胞。有研究表明，外周血中的單核細胞在高脂血癥時增多，且以炎癥型單核細胞為主[8]。當血管內皮細胞受損時，循環中的炎癥型單核細胞在炎癥因子的招募作用下聚集在一起，黏附于內皮、穿過內皮細胞層移行至內皮下間隙而成為巨噬細胞，進而形成AS的慢性炎癥。而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）被外周血中氧化修飾的LDL誘導表達，通過相關信號傳導通路（如NF-κB）促進巨噬細胞的增多和成熟。伴隨AS的不斷發展，在不同的病變進展狀態下，AS粥樣斑塊病灶內不斷增多的巨噬細胞而選擇性極化成M1或M2型巨噬細胞。觀察發現，AS病變部位同時存在著M1型和M2型巨噬細胞，在不穩定斑塊組織中主要以M1型巨噬細胞為主， 而穩定斑塊中M2型巨噬細胞的比例卻增加[9]。最近研究顯示，在諸如藥物干預、高脂飲食等一些特定條件下，AS斑塊中已分化形成的M1型和M2型巨噬細胞兩者之間可以相互轉化[10]，說明巨噬細胞具有可塑性（plasticity）。在動脈粥樣硬化的逐漸推進過程中，由于受到不同的細胞信號通路和細胞因子的調控和影響，M1與M2型巨噬細胞雙方的比例總處于動態的變化之中。

3巨噬細胞極性與動脈粥樣硬化

M1型巨噬細胞所分泌的炎性細胞因子（如IL-6）在急性冠脈綜合征時常有升高，其升高的水平與冠狀動脈疾病的預后有較大的相關性。同時在這類患者中其它炎性標志物也升高，并推測M1型巨噬細胞可能參與它們的分泌，分泌的因子包括IL-2、IL-8、可溶的CD40配體和C反應蛋白[11]。M1型巨噬細胞可通過不斷產生炎性細胞因子、蛋白酶、氧自由基、補體成分等來介導血管壁內的炎癥反應，也可以誘導平滑肌細胞的遷移和增生來促進AS的發生發展。同時，M1型巨噬細胞形成的活性氧能對低密度脂蛋白產生氧化修飾作用，促進動脈粥樣硬化病變的形成。除此以外，需要特別注意的是，M1型巨噬細胞對易損斑塊穩定性的影響呈負相關。

M2型巨噬細胞因能生成抗炎因子，消除Th1介導的炎性反應，目前被認為有抗AS的作用。Gratchev A 等[12]研究顯示，M2型巨噬細胞釋放的轉化生長因子β可以抑制炎性細胞趨化，從而具有預防AS 的作用。另一方面，M2型巨噬細胞也可通過釋放IL-10 而發揮免疫抑制的作用。如IL-10 能抑制炎性物質如iNOS和環氧化酶2（COX-2）的產生。再者，M2型巨噬細胞高效吞噬凋亡細胞和壞死組織碎片[13]，被認為是預防AS的細胞。另外，M2型巨噬細胞在AS的晚期還具有穩定斑塊的作用。

現下，關于巨噬細胞極性的改變影響動脈粥樣硬化的分子機制還不十分清楚，其分子決定因素可能與PPAR家族， KLF， IRF， STAT， NF-κB， 以及 HIF家族有關。另外，表觀遺傳學（像組蛋白的甲基化與乙酰化）的變化與miRNAs可能也參與其中[14]。影響巨噬細胞極性改變的分子通路啟動因素與TLR家族有很大關系，尤其是TLR4[15]，可能是啟動的關鍵信號分子；而其下游的IRF5[16]（干擾素調控因子5），可能是真正決定巨噬細胞極性改變的\"分子開關\"。

綜上所述，巨噬細胞作為第一個被認為與AS有關的炎癥細胞，最新的研究顯示了它也具有可塑性，即表現不同的極性：M1型與M2型，并且兩者之間可相互轉化。現在傾向于認為M1型（經典活化型）為促炎類型，分泌促炎細胞因子，因而促進動脈粥樣硬化的發生發展；而M2型（替代活化型）為抗炎類型，能抑制促炎細胞因子的生成，從而可以延緩動脈粥樣硬化的進展。因此，我們通過改變巨噬細胞的極性而發揮巨噬細胞的抗炎效能，進而改變血管內動脈粥樣斑塊的性質與大小，從而發揮抗動脈粥樣硬化的目的，為臨床治療策略如使用PPARγ激動劑、甾體類或非甾體類抗炎藥、他汀類藥物等提供了新的靶點與思路。

參考文獻：

[1]Jason L. Johnson and Andrew C. Newby. Macrophage heterogeneity in atherosclerotic plaques[J]. Curr Opin Lipidol.， 2009，20（5）： .370-378.

[2]Khallou-Laschet J， Varthaman A， Fornasa G， et al. Macrophage plasticity in experimental atherosclerosis[J]. PLoS One. 2010 Jan 25，5（1）：e8852

[3]Charles D. Mills. M1 and M2 Macrophages： Oracles of Health and Disease[J]. Crit Rev Immunol. 2012，32（6）：463-88.

[4]Stout RD， Jiang C， Matta B， et al. Macrophages sequentially change their functional phenotype in response to changes in microenvironmental influences[J] . J Immunol， 2005，175（1）： 342-349.

[5]AnG，Wang H， Tang R， et al. P-selectin glycoprotein ligand-1 is highly expressed on Ly-6Chi monocytes and a major determinant for Ly-6Chi monocyte recruitment to sites of atherosclerosis in mice[J].Circulation，2008，117（25）：3227-3237.

[6]Mantovani A， Garlanda C， Locati M. Macrophage diversity and polarization in atherosclerosisa question of balance[J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol，2009，29： 1419-1423.

[7]Lovren F， Pan Y， Quan A， et al. Adiponectin primes human monocytes into alternative anti-inflammatory M2 macrophages [J]. Am J Physiol Heart Circ Physiol ，2010，299：H656-H663

[8]Swirski FK， Libby P， Aikawa E， et al. Ly-6Chi monocytes dominate hypercholesterolemia-associated monocytosis and give rise to macrophages in atheromata[J].J Clin Invest，2007，117（1）：195-205.

[9]Woollard KJ， Geissmann F. Monocytes in atherosclerosis：subsets and functions[J].Nat Rev Cardiol，2010，7（2）：77-86.

[10]Wilson HM. Macrophages heterogeneity in atherosclerosis implications for therapy[J]. J Cell Mol Med，2010，14： 2055-65.

[11]Kirbis S， Breskvar UD， Sabovic M， et al. Inflammation markers in patients with coronary artery disease-comparison of intracoronary and systemic levels[J].Wien Klin Wochenschr，2010，122 Suppl 2： 31-34.

[12]Gratchev A， Kzhyshkowska J， Kannookadan S， et al. Activation of a TGF-beta-specific multistep gene expression program in mature macrophages requires glucocorticoid-mediated surface expression of TGF-beta receptor Ⅱ[J].J Immunol， 2008 May 15，180（10）：6553-65.

[13]Gordon S， Martinez FO， Locati M， et al. Alternative activation of macrophages： mechanism and functions[J].Immunity，2010，32（5）：593-604.

[14]Sica A， Mantovani A. Macrophage plasticity and polarization： in vivo veritas[J]. J Clin Invest， 2012，122（3）：787-795.

[15]Higashimori M， Tatro JB， Moore KJ， et al. Role of Toll-Like Receptor 4 in Intimal Foam Cell Accumulation in Apolipoprotein E-Deficient Mice[J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol，2011，31：50-57.

[16]Krausgruber T， Blazek K， Smallie T， et al. IRF5 promotes inflammatory macrophage polarization and T（H）1-T（H）17 responses[J]. Nat Immunol，2011，12：231-238.

編輯/肖慧