肺泡巨噬細胞與病原體感染的相互作用研究進展

馮至真 馬翠卿

河北醫科大學免疫教研室 河北省重大疾病的免疫機制及干預重點實驗室，石家莊050017

肺泡巨噬細胞在呼吸系統發揮抗感染中發揮重要作用。研究發現，肺泡巨噬細胞通過吞噬作用清除入侵的病原體，分泌各種細胞因子，參與固有免疫和適應性免疫應答[1]，從而保護機體。目前，呼吸道感染所致的呼吸系統疾病在臨床上十分多見，對人體影響巨大，短時間內會發展為ARDS，嚴重者可以危及生命。不同病原體感染對呼吸系統產生的的影響相似，但是其具體機制并不完全清楚，探究肺泡巨噬細胞在抗感染過程中的作用具有重要意義。研究旨在為預防和治療呼吸系統感染提供參考依據。

1 巨噬細胞極化

巨噬細胞在接收到刺激信號后，啟動下游信號通路而發生活化，也稱為極化[2]。極化巨噬細胞是活化的單核細胞一系列狀態的極端，微生物抗原、腫瘤細胞產物、多種細胞因子均可誘導分化和影響其活性狀態[3]。巨噬細胞可以分兩種類型：M1型和M2型。M1型巨噬細胞可被腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)、粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子和γ干擾素(interferon-γ，IFN-γ)等誘導產生，同時高表達IL-12、可溶性細胞因子CD86、TNF-α、CC趨化因子配體2、誘導型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)等促炎性細胞因子，殺傷細胞內病原體、腫瘤細胞，參與Th1型免疫應答。M2型巨噬細胞由IL-4或IL-13和IL-10等一些巨噬細胞活化抑制因子誘導極化，同時高表達抑炎性細胞因子，如甘露糖受體(mannose receptor，MR)、精氨酸酶1、抵抗素樣分子α、類幾丁質酶3樣分子3等，下調M1型巨噬細胞的免疫應答，參與Th2型免疫應答，促進組織修復[4-5]。研究表明，巨噬細胞可在不同功能狀態下進行動態轉換[6]。

2 巨噬細胞的識別

固有免疫細胞表面模式識別受體(pattern recognition receptor，PRR)對病原體相關模式分子(pathogenassociated molecular patterns，PAMPs)的識別是啟動固有免疫應答的關鍵，多種模式識別受體參與巨噬細胞對病原菌的識別。

2.1 Toll樣受體(Toll-like receptors，TLRs) TLRs位于巨噬細胞、樹突狀細胞和上皮細胞的表面，能夠對多種類型的PAMPs和損傷相關模式分子(damage-associated molecular patterns，DAMPs)進行識別。受體配體識別結合后，觸發了髓樣分化因子88(myeloid differentiation primary response protein 88，MyD88)依賴途徑和β干擾素TIR結構域銜接蛋白(TIR domain containing adaptor inducing infterferon-β，TRIF)的信號通路[7]。然后，進一步募集信號通路中的絲裂原活化蛋白激酶(mitogenactivated protein kinases，MAPKs)、轉化生長因子β激活性激酶、腫瘤壞死因子受體相關因子6和IL-1受體相關激酶，引起轉錄因子的核轉運[8]。這會引起前炎性細胞因子如TNF-α、IL-1β、IL-12和NO等參與激活宿主天然防御基因的轉錄[7]。

2.2 核苷酸結合寡聚化結構域NOD樣受體(nucleotide binding oligomerization domain receptors，NLRs) NLRs是PRR家族的成員，為天然免疫系統的重要組成成分。在病原體侵入機體時，NLR信號引起核因子κB(nuclear factorκB，NF-κB)，MAPKs和capspase-1的激活，從而引起炎癥級聯反應[9]，在先天性免疫和獲得性免疫應答中起作用，損傷組織和靶器官。

2.3 C型凝集素 C型凝集素是一個參與病原體多聚糖結構識別的PRR家族。主要通過識別病原體表面的糖基化配體來調控吞噬作用，如甘露糖、海藻糖、葡聚糖等。MR在肺泡巨噬細胞中高度表達。研究發現，甘露糖與MR結合可刺激IL-4和IL-13的產生，同時抑制IL-12的產生，參與損傷氧化反應[10]。同時，MR還可以介導吞噬，在抗感染中發揮重要作用。

3 巨噬細胞殺滅病原體

3.1 反應氧中間產物(reactive oxygen intermediates，ROI)和反應氮中間產物(reactive nitrogen intermediate，RNI) 在激活的巨噬細胞內，NO在iNOS催化下生成。產生的NO對所吞噬的腫瘤細胞和微生物具有直接的細胞毒作用，可以有效阻止其在體內的擴散[11]。NO與O2-結合后氧化成NO2-和NO3-。NO、NO2-和NO3-等共同構成的RNI也具有殺菌活性。NO和RNI可共同抵抗多種病原體，是機體最有效的殺菌模式[12]。所以，NO被認為是宿主防御的基本介質[13]。ROI主要在煙酰胺腺嘌呤二核苷酸氧化酶的催化下產生，這些ROI可以進一步抵抗病原體入侵[14]。

3.2 炎性小體 炎性小體是固有免疫系統的重要組成成分，是由胞漿內PRR參與構成的多蛋白復合體[15]。主要由NOD樣家族分子(NOD like receptors，NLR)、凋亡相關點狀蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing CARD，ASC)和caspase-1構成[16]。多種炎癥小體參與了機體對病原體的防御。其中，NLR家族中的NOD樣受體蛋白3(NOD-like receptor protein 3，NLRP3)最具代表性，可以被多種病原體激活或被非病原體產生的DAMPs激活[17]。與IL-1受體1(Interleukin-1 receptor，IL-1R1)、TLRs、NLRs和細胞因子受體等結合，通過如TLR-MyD88-TRIF-MAPK-NF-κB等不同信號通路激活NF-κB促 進NLRP3和pro-IL-1β、pro-IL-18轉 錄，在caspase-1的作用下剪切成有活性的形式，有利于NLRP3炎癥小體的活化[18]。而IL-1β和IL-18在保護機體抵抗結核感染中可進一步發揮積極作用[19]。此外，炎癥小體也可以能調節依賴caspase-1形式編程性細胞死亡，引起細胞膜破裂，細胞中的ASC speck也隨之釋放，介導caspase-1的激活。存在于細胞外的ASC speck為caspase-1和IL-1β的活化和發揮作用提供物質基礎[20]。

3.3 病原體感染后巨噬細胞的凋亡和壞死 細胞凋亡是在生理或病理情況下，由基因控制的細胞死亡方式。巨噬細胞的凋亡能夠殺死其內的病原體，增強機體對病原菌殺傷能力[21]。不同病原體通過不同機制誘導或抑制巨噬細胞的凋亡。酪氨酸激酶和/或轉錄因子(just another kinase/signal transducer and activator of transcription，JAK/STAT)信號通路在巨噬細胞凋亡過程中發揮著重要的作用，酪氨酸蛋白激酶的激活使JAK2/STAT1磷酸化，進一步促進多種促凋亡基因的表達，以及促進凋亡的發生[22]。

壞死主要是因為細胞膜的不完整從而導致細胞質和核成分釋放到細胞外的一種死亡方式。前列腺素E2能夠保護線粒體和細胞膜的完整，促使細胞凋亡，而人脂氧素A4引發細胞壞死[23]。巨噬細胞死亡導致病原菌逃逸和擴散感染，不利于機體的免疫應答。

3.4 自噬 宿主細胞可以通過自噬防止病原體在其中繁殖，是防止病原體感染機體的重要手段[24]。自噬相關(autophagy associated gene，ATG)蛋白在調節細胞自噬中起著重要的作用。常見的ATG蛋白有：unc-51樣激酶(unc-51-like kinase，ULK)激酶復合物，包括ULK1、ULK2和ATG13等，PI3K復合物，包括VPS34、ATG6(也稱Beclin-1)、ATG14(也稱Barkor)和VPS15蛋白，ATG9，ATG12-ATG5-ATG16L1復合體，泛素樣微管相關蛋白1輕鏈3(the ubiquitin-like microtubule-associated protein 1 light chain 3，LC3)。ATG12-ATG5-ATG16L1復合體起E3連接酶的作用，使胞質型LC3轉為胞膜型LC3-Ⅱ形式，成為具有雙層膜的自噬小體，并與溶酶體融合成自噬溶酶體，將內容物降解。宿主細胞的大分子被泛素或半乳凝集素標記，然后被自噬接頭蛋白識別，最終再由溶酶體降解[25]。誘導自噬過程的發生，進一步清除病原菌，可能成為多種疾病治療和預防的一個新的、可行的方法。

4 病原菌逃避巨噬細胞的殺傷

病原菌可通過多種機制產生免疫逃逸作用，逃避巨噬細胞的殺傷作用，從而在巨噬細胞中繁殖。

4.1 抑制巨噬細胞的凋亡 抑制巨噬細胞凋亡是病原體免疫逃逸的重要途徑。病原體通過某些機制抑制巨噬細胞凋亡，從而維持其在巨噬細胞內存活。如結核分枝桿菌細胞壁表面表達的甘露糖末端脂阿拉伯甘露聚糖(Man LAM)，具有阻止巨噬細胞蛋白激酶C的活化、下調巨噬細胞中IFN-γ的表達、誘導轉化生長因子β的生成的作用，還可激活抗凋亡通路，同時抑制NO的促凋亡作用。Man LAM抑制巨噬細胞凋亡具有Ca2+依賴性，可阻止Ca2+流入胞內，影響P53和BCL-2的表達[26]。某些病原體在不同時相可通過調節宿主細胞凋亡有益于自身發育和感染。衣原體在初期能抑制P2Z/P2X7受體的活化，抑制細胞凋亡促進其在鼠巨噬細胞內的生長；晚期則誘導宿主細胞過表達Bax基因而引起細胞凋亡，促進衣原體釋放并感染其他細胞[27]。

4.2 抑制DC提呈抗原 沙門菌向宿主細胞注入效應蛋白破壞宿主細胞的功能，通過毒力島 1(pathogenicityislands1，SPI-1)和SPI-2編碼的毒力因子組裝成Ⅲ型分泌系統1(typeⅢsecretingsystem1，T3SS-1)和T3SS-2實現。SPI-2編碼的T3SS-2可以干擾抗原的加工和Ag-MHCⅡ復合物的提呈[28]，降低機體對沙門菌的免疫。

4.3 改變巨噬細胞的攝取方式 巨噬細胞通過對病原體表面不同受體的識別，觸發相應的信號通路，最終導致病原體在宿主內產生不同結果。例如，結核分枝桿菌若通過MR途徑被宿主巨噬細胞識別，會抑制補體受體所介導的Ca2+信號通路，使宿主不能殺滅細菌而在吞噬溶酶體內繼續繁殖。另外，MR介導的吞噬途徑為病原體提供了適合其生存的有利環境[29]，利于其躲避巨噬細胞的殺傷。

4.4 誘導巨噬細胞高表達抑制分子 多種菌株，例如A族鏈球菌(group A streptococcus，GAS)通過誘導巨噬細胞高表達抑制分子A20，SOCS-1等以抑制巨噬細胞表達炎癥因子，作為免疫逃避的主要模式。IFN-β在GAS誘導巨噬細胞高表達SOCS-1中起作用，IFN-β及其受體主要涉及酪氨酸激酶JAK1和TYK2的細胞內信號轉導途徑，導致STAT-1活化。另外，在SOCS-1的誘導中TLR4也起到關鍵作用，MyD88是TLR4的銜接蛋白，在巨噬細胞中通過與JAK1和STAT1形成復合物，促進STAT1活化和磷酸化，進而促進SOCS-1高表達，抑制炎癥因子的合成，有利于細菌快速感染[30]。另外，GAS的M蛋白可以誘導巨噬細胞中的A20高表達，其反過來下調IL-1β、TNF-α和IL-6等促炎細胞因子的合成[31]，以促進GAS逃避免疫監視并因此延長在宿主細胞中的存活。

5 總結與展望

本研究描述了肺泡巨噬細胞與胞內病原體感染的相互作用及機制。呼吸道病原體感染過程中，肺泡巨噬細胞為第一道防線，巨噬細胞的募集過程和多種細胞因子的相互作用在宿主抗感染過程中有著十分重要的影響。病原菌在一定條件下也會發生免疫逃逸，躲避巨噬細胞的殺傷而繼續增殖。此過程十分復雜，進一步研究巨噬細胞在抗感染中的作用有助于新的免疫制劑的研發，為多種呼吸道疾病的治療和預防奠定理論基礎。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突