巨噬細胞在肺動脈高壓發病機制中的作用

魏桂紅 孔輝 解衛平

南京醫科大學第一附屬醫院呼吸與危重癥醫學科210029

肺動脈高壓(pulmonary arterial hypertension,PAH)是由多種有害因素引起肺動脈內皮損傷、血管平滑肌增殖、外膜纖維化,從而使肺血管阻力與肺動脈壓力進行性升高,最終導致右心功能衰竭和死亡的一種肺血管疾病。近年來發現,靶向一氧化氮、內皮素及前列環素通路的藥物可緩解PAH患者的癥狀,延緩PAH進程,改善PAH患者的生活質量。但靶向藥物長時間使用易產生耐藥,且逆轉PAH肺血管重塑作用有限,因此患者的遠期預后依然很差。

PAH發病受到遺傳、代謝、免疫炎癥反應等多因素的影響。近年來,炎癥反應在PAH中的作用越來越受到關注：在PAH患者的肺部病變血管周圍發現各種類型的炎癥細胞浸潤,包括巨噬細胞、肥大細胞、淋巴細胞等[1]；PAH患者血清細胞因子如IL-1、IL-6和腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)水平較健康人群顯著升高[2]；抑制炎癥反應可在一定程度上改善PAH患者的臨床癥狀[3]。巨噬細胞具有高度的異質性和可塑性,是PAH發生過程中肺動脈周圍炎癥細胞浸潤的主要組分之一,參與了肺血管重構和PAH的形成。本文就巨噬細胞來源、分布及其功能,巨噬細胞在PAH發生、發展中的作用及影響巨噬細胞功能的因素進行綜述。

1 巨噬細胞

1.1來源及分布 單核吞噬細胞系統的概念由van furth等于20世紀60年代末首次提出,包括循環單核細胞和組織巨噬細胞。外周血單核細胞由骨髓中的髓樣干細胞在細胞因子刺激下經原單核細胞、前單核細胞過程分化發育而來,常黏附于血管內皮,可穿過血管內皮移行到不同的組織并分化為巨噬細胞。

巨噬細胞是一種位于組織內的白細胞,存在于人體各器官中。一般認為成熟的巨噬細胞很少有或沒有增殖能力,不斷被骨髓前體細胞分化而來的新巨噬細胞所補充。不同器官組織中存留的巨噬細胞由于微環境差異名稱各異,如肝臟的Kupffer細胞、肺組織中的肺泡巨噬細胞、神經系統的小膠質細胞。

1.2分型及功能 巨噬細胞具有高度的多樣性和可塑性。一旦它們移行至組織內能分化為2種主要的功能表型,即經典活化的1型巨噬細胞(M1型)和替代活化的2型巨噬細胞(M2型)[4]。缺氧、炎癥等不同刺激信號可改變其表型。M1型可由細菌產物如脂多糖和干擾素-γ等誘導產生；而在IL-4、IL-10、IL-13等刺激下,巨噬細胞表現為替代活化的M2表型。

M1型巨噬細胞參與免疫應答的起始和調控,分泌IL-1、IL-6、IL-12、TNF-α、CXCL1-3、CXCL5、CXCL8-10、誘導型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)、一氧化氮和活性氧簇等,表現出很強的促炎及抗原提呈能力,對病原體發揮免疫清除功能。M2型巨噬細胞可以在沒有感染的愈合型環境中觀察到,產生如IL-10、精氨酸酶1、幾丁質酶3樣蛋白3、轉化生長因子β、血小板衍生生長因子等,具有抗炎、促進傷口愈合和纖維化、修復組織、調節免疫等作用。

2 巨噬細胞與PAH

2.1巨噬細胞在PAH中分布 在PAH患者以及嚴重PAH動物模型閉塞性叢狀病變血管周圍均存在巨噬細胞的募集；肺血管周圍的炎癥反應可使外周血單核細胞以及組織中存留的巨噬細胞加速募集于病變血管周圍[1]。

2.2巨噬細胞釋放的細胞因子與PAH 炎性細胞因子和肺血管之間的相互作用在PAH的發病機制中具有重要作用。IL-1β、IL-6、TNF-α等是主要促炎細胞因子,在炎癥反應中可由單核細胞和巨噬細胞合成及釋放,這些炎癥因子增加往往提示預后不良[5]。白三烯B4是包括巨噬細胞在內的白細胞產生的重要炎癥介質,可通過與其功能受體白三烯B4受體結合誘導肺動脈內皮細胞凋亡和肺動脈平滑肌細胞增殖[6],也可引起人肺動脈外膜成纖維細胞增殖、遷移和分化[7],與肺血管重塑有關。

2.3巨噬細胞遷移抑制因子(macrophage migration inhibitory factor,MIF)與PAH MIF是一種具有促炎功能的多效性細胞因子,可通過自分泌作用抑制巨噬細胞的游走功能,從而導致巨噬細胞在炎癥部位的聚集。其次,MIF能上調如IL-6和TNF-α等其他炎性細胞因子的釋放,促進炎癥級聯反應發生。此外,MIF還可以上調血管生成素和血管生長因子,從而促血管生成[8]。

2.4巨噬細胞極化與PAH 目前從巨噬細胞角度研究的PAH治療策略主要集中于減少巨噬細胞募集和炎癥因子釋放,需要進一步研究巨噬細胞極化在PAH疾病控制中的作用及探討新的治療策略。巨噬細胞M1/M2極化被認為與多種疾病(如腫瘤[9]、動脈粥樣硬化[10]等)有關。鑒于巨噬細胞表型的復雜性及不同表型的轉化調節在炎癥性疾病的發生、發展中發揮作用,推測其表型調節與PAH發展有關[11]。研究表明缺氧誘導的小鼠PAH病變早期,與M1型相關的炎性細胞因子表達上調,而后在支氣管肺泡灌洗液中M2型標志物如精氨酸酶1、幾丁質酶3樣蛋白3被檢測到。體外實驗表明M2型巨噬細胞可促進肺動脈平滑肌細胞增殖[12]。早期炎性巨噬細胞的積累和后期M2型巨噬細胞的激活和PAH發展有聯系,在PAH發生不同時期靶向清除或滅活巨噬細胞亞型可能改變PAH疾病的結局,且M2型巨噬細胞的激活可能作為一個生物標志物來確定抗炎治療的時機。

3 影響巨噬細胞功能的因素

3.1相關免疫細胞 在PAH發展過程中巨噬細胞可向T細胞提供活化信號啟動適應性免疫應答,Th1免疫反應特征是分泌干擾素-γ和TNF-α。體外極化的M1型巨噬細胞可作為Th1免疫反應的效應細胞產生炎癥因子。Th2免疫反應特征是產生IL-4、IL-5和IL-13,與M2型巨噬細胞激活有關。調節性T淋巴細胞可抑制巨噬細胞的活化和遷移及炎性細胞因子的釋放,其功能降低可促進PAH的發生[13]。B淋巴細胞是體液免疫反應的基礎,通過遞呈抗原、產生各種細胞因子,對巨噬細胞、肥大細胞等參與的細胞免疫調節發揮重要作用。樹突狀細胞以及單核細胞由髓樣干細胞分化而來,是重要的抗原遞呈細胞,成熟的樹突狀細胞能激活初始T細胞,啟動、調控并維持巨噬細胞參與的免疫應答。肥大細胞是參與肺血管重構的主要炎癥細胞[14],是激活先天免疫和適應性免疫的關鍵。活化的肥大細胞可以產生炎性細胞因子如IL-6直接參與肺血管周圍的炎癥反應及肺血管重塑[15]。中性粒細胞可以釋放炎性細胞因子如IL-1、IL-6,可與巨噬細胞、肥大細胞發揮協同作用進一步加重肺血管的損傷。

3.2遺傳 骨形態發生蛋白受體2突變或表達降低可使粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子水平增加,從而增加巨噬細胞募集及肺血管遠端動脈肌化程度[16]。microRNA作為生物過程中的重要調節者,在巨噬細胞參與PAH過程中發揮重要作用。研究表明microRNA-155[17]通過C/EBPβ通路抑制小鼠模型和骨髓來源的原代巨噬細胞的M2極化。長鏈非編碼RNA MM2P在巨噬細胞M2極化時上調,而在M1型巨噬細胞中下調,敲除長鏈非編碼RNA MM2P可阻斷巨噬細胞向M2型極化[18]。

3.3感染 人類免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV)感染患者對PAH的易感性和患病嚴重程度增加。HIV感染的單核細胞源性巨噬細胞的條件培養基可促進缺氧誘導的肺動脈內皮細胞增殖,并且HIV-1蛋白可加重肺血管阻力,加劇缺氧誘導的PAH[19]。淋病奈瑟菌可通過調節人巨噬細胞向M2型轉化從而調節免疫[20]。

3.4代謝 代謝改變涉及到糖酵解、脂肪酸氧化和活性氧的產生。缺氧時肺動脈外膜成纖維細胞活化,通過旁分泌作用分泌IL-6誘導巨噬細胞向M2型極化,表現為M2型巨噬細胞相關標志物轉錄水平增加[21],改變代謝表型如減少氧化應激可以減輕PAH巨噬細胞募集和活化[22]。

3.5其他 慢性吸煙導致耐受性破壞和免疫功能的改變,香煙煙霧提取物引起巨噬細胞向M2型極化[23]。一氧化碳具有調節炎癥、細胞凋亡和增殖的作用,羰基釕一氧化碳釋放分子3是一種以可控的方式釋放一氧化碳的水溶性化合物,可調節體外培養的肺巨噬細胞M1和M2極化表型,具體表現為持續抑制M1型極化巨噬細胞iNOS分泌,并在早期短時間內上調M2型巨噬細胞CD206和Ym-1蛋白表達等[24]。

4 靶向巨噬細胞的治療對PAH的作用

抑制巨噬細胞在肺血管周圍的募集可能是治療PAH的策略之一,如生物活性肽Salusin-β阻滯劑[25]、MIF拮抗劑[26]等可抑制巨噬細胞在病變肺血管周圍的募集,從而改善PAH患者的臨床癥狀或減輕MCT誘導的PAH動物模型肺血管重構。IL-6受體阻斷劑治療可阻止缺氧誘導的PAH大鼠肺部M2型巨噬細胞募集,同樣IL-6信號的下游IL-21在接受肺移植的特發性PAH患者肺部顯著表達,IL-21受體缺陷小鼠肺部沒有明顯的M2型巨噬細胞募集,IL-6/IL-21信號軸調控巨噬細胞的M2型極化[27],可能是治療PAH的潛在靶點。

白三烯B4可誘導肺動脈內皮細胞凋亡,降低巨噬細胞源性白三烯B4水平可抑制肺動脈內皮細胞凋亡,延緩PAH進程[6]。慢性間歇性缺氧可使循環單核細胞向肺部遷移增加,從而使肺血管周圍巨噬細胞數量增加,慢性間歇性缺氧也可使交感神經興奮。研究表明,缺氧可使大鼠巨噬細胞β3-腎上腺素能受體和iNOS信號上調,體外刺激巨噬細胞β3-腎上腺素能受體/iNOS信號通路可促進一氧化氮分泌,減弱缺氧誘導的肺血管收縮[28]。間充質干細胞輸注治療可減少MCT誘導的PAH大鼠肺血管重構,改善血流動力學,產生治療效果的機制可能與減少肺血管結構細胞過度增殖及減少M1型巨噬細胞數量從而減輕炎癥反應有關[29]。肺動脈外膜成纖維細胞在低氧條件下可被活化,通過旁分泌作用激活巨噬細胞,使之趨向于促進炎癥/促重塑表型分化,從而形成肺血管的慢性炎癥過程,促進肺血管的重構[24]。HIV感染的人單核細胞源性巨噬細胞釋放出很多細胞外囊泡,這些細胞外囊泡可導致人肺動脈平滑肌細胞增殖[30],如果能夠減少巨噬細胞細胞外囊泡的釋放,或許對PAH產生治療效果。

5 總結與展望

綜上所述,免疫炎癥反應在PAH發生、發展中發揮重要作用,巨噬細胞是參與免疫炎癥反應的重要一員。巨噬細胞相關炎癥介質參與肺血管重塑,在不同條件下巨噬細胞可極化為M1或M2型發揮不同作用。巨噬細胞功能受相關免疫細胞、遺傳、感染、代謝等多種因素影響。因其具有高度的異質性和可塑性,未來或許可以從巨噬細胞募集、極化、功能調節等角度研究治療PAH的新策略。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突