巨噬細胞在急性胰腺炎發生和發展中的作用

魏星 許春芳

蘇州大學附屬第一醫院消化內科，蘇州 251006

【提要】 急性胰腺炎(AP)是由多因素導致的胰腺腺泡內胰酶激活，以局部胰腺炎癥反應為主要特征，伴或不伴胰腺外器官功能障礙的疾病，其實質是一種炎癥性疾病。巨噬細胞是炎癥反應的主要參與者，在AP從局部炎癥發展為全身性炎癥反應的病理生理學機制中扮演了非常重要的角色。作為種類和功能最為豐富的細胞群體之一，巨噬細胞表現出顯著的異質性和可塑性，根據不同微環境刺激遵循不同的極化途徑。腹膜巨噬細胞、肝臟庫普弗細胞和肺巨噬細胞等可在AP的不同階段被激活，這可能是AP進展的基礎。

急性胰腺炎(AP)是一種常見的急腹癥，臨床表現為突發的上腹部疼痛和血淀粉酶、脂肪酶水平升高,病理表現為胰腺組織水腫、出血、壞死、炎癥細胞浸潤和實質結構受損。腺泡內胰酶的過早激活和胰腺自身消化作為AP發生發展的中心理論[1]，長期以來一直都是人們關注的焦點，但臨床上針對AP患者使用胰蛋白酶抑制劑并未取得顯著療效[2-3]。Dawra等[4]研究發現，AP局部和全身性炎癥反應的進展并不依賴于胰蛋白酶原的激活。近年來越來越多的研究表明，腺泡細胞的炎癥信號通路過度激活在胰腺炎的發病機制中起重要作用，可能導致了重癥急性胰腺炎(SAP)強烈的全身性炎癥反應[5]。腺泡細胞釋放的炎癥遞質招募并激活循環白細胞，如巨噬細胞和中性粒細胞[6]。參與AP局部炎癥的細胞有胰腺腺泡細胞、胰腺星狀細胞、內皮細胞、中性粒細胞、單核細胞、巨噬細胞和淋巴細胞等，參與AP病理生理學過程的炎癥遞質有腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細胞介素(IL)、血小板活化因子(PAF)、補體成分C5a、細胞間黏附分子-1(ICAM-1)、P物質(SP)、單核細胞趨化蛋白-1(MCP-1)、巨噬細胞炎性蛋白(MIP)、巨噬細胞遷移抑制因子(MIF)等[7-9]。最終白細胞的過度激活會引發強烈的局部和全身性炎癥反應，成為SAP的特征。由于巨噬細胞協調了炎癥的起始和消退，探究其在AP發生發展過程中的作用，有利于采取相應的靶向治療措施，減輕炎癥反應，減少胰腺和胰腺外靶器官損傷，進而降低病死率和改善預后。

一、巨噬細胞及其極化

巨噬細胞是一種內在的異質性細胞群，幾乎存在于所有器官，參與宿主防御和構建組織穩態，如腹膜巨噬細胞、肝臟庫普弗細胞、肺巨噬細胞(肺泡巨噬細胞和間質巨噬細胞)、神經系統的小膠質細胞、皮膚的朗格漢斯細胞、骨組織的破骨細胞等。髓系祖細胞來源的前單核細胞從骨髓釋放進入血液，發育成為外周血單核細胞，其中一部分遷移到組織器官，分化為特定類型的組織常駐巨噬細胞[10]。某一器官的許多方面影響著巨噬細胞的異質性，比如組織微結構，代謝活動速率，腸道和皮膚局部共生微生物暴露，以及局部生長因子和激素的調節作用[11]。由此可見，不同位置以及局部微環境等多因素使巨噬細胞成為體內種類和功能最為豐富的細胞群體之一。

巨噬細胞極化是指其受微環境各種信號刺激后被激活的過程。因為巨噬細胞具有強大的可塑性，故極化是不固定的。極化的巨噬細胞通常分為兩類:經典激活的M1型和替代激活的M2型。干擾素-γ(IFN-γ)、TNF-α或toll樣受體(TLR)激動劑,如脂多糖(LPS)，通常導致M1型極化；而細胞因子IL-4、IL-10或IL-13，通常導致M2型極化[12]。不同極化狀態體現在靶基因表達水平、細胞表面分子、蛋白質含量和活性等方面。比如M1型巨噬細胞分泌高水平的促炎細胞因子IL-12、IL-1β、TNF-α、MCP-1，高表達CD40、CD86和主要組織相容性復合體(MHC)-Ⅱ類分子，活性氧自由基(ROS)和誘導型一氧化氮合酶(iNOS)產生增多；M2型巨噬細胞過度分泌抗炎細胞因子IL-4、IL-10、轉化生長因子-β(TGF-β)，高表達CD163、CD36和甘露糖受體(CD206)，精氨酸酶-1(Arg1)產生增多[12-13]。

細胞的功能與其結構是密切相關，甚至是相互影響的。McWhorter等[14]發現極化的M1型巨噬細胞呈扁平、薄煎餅狀，而M2型巨噬細胞身形細長。進一步研究發現，使用特制的培養系統可直接控制巨噬細胞形狀，使細胞極化為M2型。此外，極化也是一個涉及細胞內物質代謝的過程。巨噬細胞通過吞噬衰老紅細胞回收鐵是體內鐵的主要來源，對維持機體鐵穩態起著至關重要的作用。Corna等[15]發現M1型巨噬細胞內鐵含量相對封閉，表達高水平的鐵蛋白和低水平的轉鐵蛋白受體1；而M2型巨噬細胞具有較強的鐵回收釋放能力，表達譜與M1型剛好相反。近期Gan等[16]也得出了一致的結果，并且發現細胞內鐵超載顯著降低了M1型巨噬細胞iNOS和細胞因子IL-6、IL-1β、TNF-α的表達水平。Agoro等[17]進行的在體動物實驗發現，富鐵飲食增加了腹膜巨噬細胞中M2型標記物Arg1和Ym1的表達，同時減輕了腹腔注射LPS誘發的炎癥反應。

極化的巨噬細胞發生如此復雜的生物學效應，可見極化是一個能量密集的過程。AMP依賴的蛋白激酶(AMPK)被稱為調節能量平衡的代謝主開關。細胞內AMPK的激活開啟產生ATP的分解代謝通路，并關閉消耗ATP的合成代謝通路。Sag等[18]研究發現M2型巨噬細胞內AMPKα1活化水平明顯升高，而M1型巨噬細胞剛好相反。另外，M2型巨噬細胞線粒體氧化磷酸化作用增強，糖酵解和磷酸戊糖途徑通量減少；而M1型巨噬細胞線粒體氧化磷酸化作用減弱，糖酵解和磷酸戊糖途徑通量增加[19-20]。由此可見，巨噬細胞在極化過程中發生了代謝重組[11]，盡管這一過程涉及的具體機制目前尚不清楚。從代謝組學另一角度看，M2型巨噬細胞具有脂肪酸氧化和完整的克雷布斯循環(也稱三羧酸循環)作為標志性的代謝特征；而M1型巨噬細胞只有一個破碎的克雷布斯循環，因為其有兩個明顯的中斷[21]。

所以，多種微環境刺激作用于巨噬細胞，使其在形態學、基因表達、代謝組學等方面發生顯著改變。AP時巨噬細胞過度活化，釋放炎癥遞質，觸發炎癥級聯反應。探究巨噬細胞極化過程的細節，有利于對其進行精準的調控，從而對炎癥過程進行有效的干預。

二、AP中巨噬細胞的活化

除胰彈性蛋白酶、脂肪酶等胰酶[22]可活化巨噬細胞外，腺泡細胞釋放的炎癥遞質可以在AP早期募集巨噬細胞浸潤胰腺[6]。Gutierrez等[23]發現胰腺炎相關腹水，甚至是腹水的脂質提取物也能激活巨噬細胞，從而加劇炎癥反應。可見AP的嚴重程度與巨噬細胞活化及其活化水平密切相關[24-25]。而針對募集活化的巨噬細胞的干預措施也取得了明顯的效果。Bhatia等[26]用MCP-1合成阻滯劑賓達利治療小鼠，可以保護小鼠對抗胰腺炎。Badiei等[27]利用特異性siRNA沉默巨噬細胞的胱硫醚γ裂解酶基因(CSE)，可以降低胰腺炎小鼠的血漿淀粉酶，緩解胰腺和肺組織損傷。最近Pan等[28]發現乳糖可以增加胰腺組織中的IL-10+巨噬細胞，減少TNF-α+巨噬細胞。Taguchi等[29]利用納米技術合成了負載一氧化碳的血紅蛋白囊泡，其在體外能使巨噬細胞極化為M2型；在體內可降低胰腺炎小鼠的血漿淀粉酶、脂肪酶和高遷移率族蛋白B1(HMGB1)水平，下調胰腺組織的IL-1β、IL-6、TNFα，上調IL-10，并緩解AP相關肺損傷。可見巨噬細胞參與了AP的發生發展，針對巨噬細胞的干預措施有顯著療效，它是臨床治療的潛在重要靶點。

三、巨噬細胞亞群與全身性炎癥反應

1．腹膜巨噬細胞：胰腺周圍的炎性滲出液中含有大量胰酶和促炎遞質，血液循環中血管活性物質的增多導致體液丟失在腹膜腔形成腹水，疾病嚴重時腹水中還含有壞死的脂肪組織，表明AP時產生的腹水是腹膜巨噬細胞的天然培養基。Gea-Sorlí等[30]發現，胰腺炎誘導后早期腹膜巨噬細胞極化為M1型，產生大量的TNF-α等炎癥遞質。放大了局部炎癥反應，增加腹水的細胞毒性[31]。同時，這些炎癥遞質會經靜脈或腸系膜淋巴等途徑進入血液循環而至全身，導致胰腺外靶器官損傷[32-33]。所以腹膜巨噬細胞具有將局部炎癥擴展成全身性炎癥反應的能力，在一定程度上決定了AP的嚴重程度，因此有學者將腹膜巨噬細胞作為干預靶點，以控制AP的全身性炎癥反應。Takeyama等[31]在誘導胰腺炎前行腹腔灌洗以去除腹膜巨噬細胞，發現腹水的細胞毒性和誘導細胞凋亡的活性幾乎消失殆盡。Mikami等[34]采用脂質體包封的氯磷酸鹽去除腹膜巨噬細胞后，明顯減輕胰腺炎大鼠的腹腔炎癥和肺損傷。Gea-Sorlí等[30]在體外采用IL-4和IL-13可將激活的M1型腹膜巨噬細胞逆轉為M2型，但在腹腔內注射IL-4和IL-13后并沒有觀察到同樣的結果，盡管在一定程度上緩解了全身性炎癥反應，這可能是因為腹水中的水解酶參與了細胞因子的降解，使其逆轉巨噬細胞極化的能力大打折扣。另外，在AP早期減少腹水中炎癥遞質進入血液循環，腹腔灌洗或阻斷腸系膜淋巴引流是個不錯的選擇[32]。Shanbhag等[33]通過對AP小鼠行胸導管結扎及腸系膜淋巴外引流可預防AP相關的心功能障礙。

2．肝臟庫普弗細胞：Closa等[35]發現，AP大鼠行門腔靜脈分流術后降低了肺泡巨噬細胞的活化和肺組織髓過氧化物酶(MPO)活性，并減輕肺組織的炎癥反應，提示肝臟，或者說庫普弗細胞，在胰腺局部炎癥發展為全身性炎癥反應過程中起著重要作用[36-37]。Xu等[38]研究發現，肝庫普弗細胞在AP早期呈M1極化，但在體外用IL-4或調節性T細胞(Tregs)處理極化的庫普弗細胞后，M2標志物表達增加，M1標志物表達減少，并且Tregs逆轉作用較IL-4強。Liu等[36]使用庫普弗細胞阻斷劑三氯化釓降低了胰腺炎大鼠血清TNF-α、IL-1水平以及肺組織MPO活性，減少了肺泡巨噬細胞的NF-κB活化，顯著緩解肺組織損傷。有趣的是，很大部分研究都是關于庫普弗細胞介導胰腺炎相關肺損傷，卻少有報道庫普弗細胞在胰腺炎相關肝損傷中的作用[39]。相對肺來說，肝臟參與了胰腺炎早期階段炎癥反應的放大過程，但臨床上AP相關肝損傷卻不如肺損傷常見。因此，需要更進一步的研究來闡釋這種差異性。

3．肺巨噬細胞：急性肺損傷是AP最常見的胰腺外器官功能障礙，高發病率和高病死率是其重要特征，其嚴重程度從無臨床或影像學異常的輕度低氧血癥到急性呼吸窘迫綜合征不等。雖然AP相關肺損傷的病理生理學機制目前仍不清楚，但這與胰蛋白酶和磷脂酶A2等胰酶的特異性作用有關，并且局部激活的白細胞也扮演了非常重要的角色[40]。Gea-Sorlí等[41]研究發現，在胰腺炎誘導后，肺泡巨噬細胞和間質巨噬細胞表現出截然不同的激活譜和動力學特征，具體體現在肺泡巨噬細胞激活NF-κB，表達促炎遞質TNF-α和IL-1β，而間質巨噬細胞激活過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)，表達抗炎遞質IL-10。這些差異性結果提示肺泡巨噬細胞促進早期炎癥反應，而間質巨噬細胞似乎在炎癥的解決過程中發揮重要作用。Sun等[42]發現，在胰腺炎早期階段肺巨噬細胞極化為M1型，特征是高表達干擾素調節因子5(IRF5)、TNF-α、iNOS和IL-12，低表達IL-10和Arg-1；而在體外使用特異性siRNA沉默IRF5的表達后，上述表達譜發生了轉變，極化的肺巨噬細胞逆轉為M2型。在體實驗表明，銀杏葉提取物通過降低肺泡巨噬細胞一氧化氮(NO)、TNF-α和MIF的表達水平，對AP相關肺損傷有保護作用[43]。可見，肺巨噬細胞介導了AP相關肺損傷，調節肺巨噬細胞表達譜或者肺泡巨噬細胞與間質巨噬細胞的比例對減輕AP相關肺損傷具有重要意義。

總之，AP是涉及胰腺局部以及胰腺外多個器官系統的炎癥反應，而巨噬細胞參與了炎癥的起始和消退。腹膜巨噬細胞、肝臟庫普弗細胞和肺巨噬細胞在AP的發展階段被激活，分泌炎癥遞質，觸發炎癥級聯，最終導致全身性炎癥反應，甚至是多器官功能障礙。所以，尚需進一步的研究來闡釋巨噬細胞在AP中的重要地位，同時為臨床治療策略的制定提供堅實的理論基礎。

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