巨噬細胞極化與炎性疾病的研究進展

牛卓婭，張亞玲(綜述)，姚智燕，劉 偉(審校)

(1.河北醫科大學公共衛生學院2014級，河北 石家莊 050017；2.河北醫科大學基礎醫學院免疫學教研室，河北省重大疾病的免疫機制及干預重點實驗室，河北 石家莊 050017)

巨噬細胞是先天免疫的重要組成部分，在炎癥和宿主防御中發揮重要作用。巨噬細胞的功能是吞噬和殺傷侵入體內的細菌、胞內寄生蟲、腫瘤細胞以及自身衰老和異常的細胞，在機體的正常發育、組織修復及免疫系統中都具有重要作用[1]。巨噬細胞具有異質性和多樣性，不同微環境中的成分可致其分化為具有多種表型的巨噬細胞，其中經典活化的M1型和選擇性活化的M2型巨噬細胞最為主要。M1型巨噬細胞可以促進Thl型免疫應答，在炎癥初期促進炎癥反應的發生，對侵入細胞的病原體有殺傷作用[2]。而M2型巨噬細胞的功能主要是促進Th2型免疫應答，參與組織重構、促進機體的抗炎反應、纖維化及腫瘤發生發展等病理過程[3]。由此可見探究巨噬細胞極化狀態已經成為炎性疾病治療的重要方向。本文就近年來關于巨噬細胞極化與各炎性疾病發生發展的關系進行簡要概述,為深入了解巨噬細胞的極化狀態和炎性疾病的發病機制提供新的視角。

1 巨噬細胞的起源、分類和功能

巨噬細胞來源于單核細胞，單核細胞由骨髓中造血干細胞發育而來，釋放到血液循環，在外周血中分化為成熟的單核細胞，短暫停留1～3 d在炎癥及相關信號作用下穿過毛細血管內皮細胞壁，進入不同的局部組織，分化為長壽命的組織定居巨噬細胞[1，4]，血液中的單核細胞進入肝臟后分化為庫普弗細胞，進入中樞神經系統分化為小神經膠質細胞[5]。

研究表明，C反應蛋白、干擾素γ、脂多糖和腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)等的誘導，可使巨噬細胞向M1型極化[6]。M1型巨噬細胞可分泌大量促炎細胞因子如白細胞介素(interleukin，IL)-12、IL-6、IL-1、IL-23、干擾素γ和趨化因子，高表達誘導性一氧化氮合酶及活性氧中間產物，參與急性炎性反應，清除入侵的病原微生物和腫瘤細胞，誘發Th1型免疫應答，同時過強的促炎反應也會導致機體正常組織的炎癥損傷。巨噬細胞集落刺激因子、前列腺素E2、IL-13、他汀類藥物及過氧化物酶體增殖物激活受體等因素誘導下可致巨噬細胞向M2型極化。M2型巨噬細胞主要分泌抗炎因子如IL-10、轉化生長因子β和精氨酸酶1等，誘發Th2型免疫應答、抑制炎性反應、促進組織修復及腫瘤進展[7]。

2 巨噬細胞亞型極化的機制

近年來，從轉錄組學、轉基因學和表觀遺傳學三個方面對巨噬細胞極化的機制進行研究，并取得了重大進展。研究表明，胞內多種轉錄因子，微RNA(MicroRNA，miRNAs)及組蛋白修飾等均對巨噬細胞的極化有重要的調控作用[8-9]。

2.1STAT通路的激活 不同信號通路會激活特定的轉錄因子，并進一步誘導巨噬細胞特異性的基因表達，促使巨噬細胞向不同的亞型極化。目前已有研究證實信號轉導及轉錄激活蛋白(signal transclucers and activators of transcription,STAT)、核因子κB(NF-κB)、干擾素調節因子(interferon regulatory factors，IRF)等多種轉錄因子與巨噬細胞亞型極化密切相關。

其中STAT信號通路激活在巨噬細胞極化中發揮重要作用，STAT家族通過介導廣譜炎性介質的釋放，調控巨噬細胞的極化過程。當細胞受到刺激，使被激活的受體與胞漿中的酪氨酸激酶(janus kinase，JAK)結合，再使胞漿中游離的STAT分子磷酸化，磷酸化的STAT分子進入細胞核促進靶蛋白基因的轉錄過程，從而調控巨噬細胞向不同的亞型極化。如STAT1參與介導目的蛋白IL-12、誘導性一氧化氮合酶等基因的轉錄，促使巨噬細胞向M1亞型極化。Liang等[10]通過將SOCS1 RNA轉染到小鼠巨噬細胞內進行反轉錄小鼠巨噬細胞實驗，證實SOCS1的表達下調可激活JAK1/STAT1途徑，促進巨噬細胞向M1型極化。而Lee等[11]利用鈉—葡萄糖協同轉運蛋白2(sodium-dependent glucose transporters2，SGLT2)的抑制劑達格列嗪抑制大鼠心臟纖維化的研究中發現，SGLT2可通過活性氧和氮族/STAT3信號轉導通路調節巨噬細胞表型，促進巨噬細胞向M2表型的極化，所以STAT3在對巨噬細胞向M2型分化過程中起到了重要的調控作用。

2.2miRNAs的調節 miRNAs作為一種非編碼的小分子RNA，在蛋白基因翻譯過程中起到了調節作用。Ma等[12]在小鼠異種移植腫瘤腹膜巨噬細胞的研究中發現，用脂多糖(100 μg/L)和干擾素γ(20 μg/L)刺激骨髓衍生巨噬細胞(bone marrow derived macrophage，BMDM)可使其向M1分化，同時miR-146a、miR-21和miR-155表達增加，而用IL-4(100 μg/L)刺激骨髓衍生巨噬細胞可使其向M2分化，同時miR-124表達增加，表明miRNAs在巨噬細胞的極化過程中有著重要的調節作用。

2.3G蛋白的調節 G蛋白是一種廣泛存在的信號轉導蛋白，在分子水平參與調節巨噬細胞的極化及免疫應答的過程，Li等[13]研究證實，G蛋白可與CD14、Gab1結合激活NF-κB通路，產生大量炎癥因子，調節巨噬細胞的活化。此外，Srivastava等[14]通過對神經元型一氧化氮合酶(neuronal nitric oxide synthase，NOS1)研究中發現，NOS1通過對Toll樣受體4(Toll-like receptor 4，TLR4)信號轉導通路的調節，影響巨噬細胞的極化過程，G蛋白是參與調控TLR4下游信號通路的重要分子，因此對巨噬細胞的極化有重要作用。

3 巨噬細胞極化與炎性疾病發生發展的關系

巨噬細胞作為人類免疫系統重要組成部分，參與機體內許多正常生理過程和病理過程，與感染、動脈粥樣硬化、肥胖、腫瘤、哮喘等眾多疾病密切相關。

3.1感染

3.1.1微生物感染 在細菌侵入機體的初期階段，巨噬細胞向M1型極化，此時巨噬細胞表面的模式識別受體(pattern recognition receptor，PRR)通過識別病原微生物表面的相關分子模式而釋放大量的促炎介質，主要包括TNF-α，IL-1和一氧化氮(nitric oxide，NO)，繼而殺死入侵的細菌，并啟動適應性免疫[15]。如果巨噬細胞介導的炎癥反應不能迅速控制，會觸發“細胞因子風暴”，導致嚴重的敗血癥。因此，當感染結束后，巨噬細胞可發生凋亡或極化為M2表型，以保護宿主免受過度傷害，并促進切口愈合[16]。

此外，研究表明，在結核分枝桿菌感染過程中，不同極化狀態的巨噬細胞與疾病進程密切相關，在結核肉芽腫的體外模型上發現M1型巨噬細胞逐漸向M2型巨噬細胞轉化；而在肉芽腫形成的過程中，M1型起促進作用，使病灶局限化，同時吞噬分枝桿菌，而M2型的功能則相反[17]。這可為抗結核治療提供新的思路，通過促進肉芽腫中的M2向M1分化，使病灶局限化，發揮抗結核的作用。

3.1.2寄生蟲感染 由于感染時間和寄生蟲的類型不同，寄生蟲侵入機體后會有不同表型巨噬細胞的參與。已知巨噬細胞的亞型極化是一個動態變化[18]。在肥頭絳蟲感染過程中發現，在浸染的早期階段，Th1細胞因子可促進M1表型巨噬細胞的應答，M1型巨噬細胞發揮促炎抗感染作用。在感染的晚期，Th2細胞因子IL-4介導的M2型巨噬細胞可通過Argl信號通路殺傷入侵體內的寄生蟲，破壞其結構和功能并將成蟲逐出體外。M2巨噬細胞常與中性粒細胞、補體系統協同殺死寄生蟲。

另外，寄生蟲的不同亞型在不同感染階段誘導不同的巨噬細胞表型。對弓形蟲的研究發現，不同亞型的弓形蟲可促使巨噬細胞向不同亞型極化[19]。Ⅰ型和Ⅲ型弓形蟲感染時主要通過弓形蟲棒狀體蛋白激酶16激活STAT6通路引起巨噬細胞的M2型極化，而Ⅱ型弓形蟲則通過弓形蟲致密顆粒蛋白15激活NF-κB通路引起巨噬細胞向M1型極化。調控巨噬細胞的活化可影響弓形蟲建立慢性感染的能力。活化的M2型巨噬細胞在Th2細胞因子環境(IL-4、IL-13)中發展并被Th1型細胞因子抑制。M2巨噬細胞分泌可以下調Th1免疫過程的抗炎分子，并且在針對蠕蟲感染的免疫應答中是重要的。

3.2動脈粥樣硬化 動脈粥樣硬化是一種大中動脈壁的慢性炎癥疾病，巨噬細胞在動脈粥樣硬化的形成過程中起到重要作用。人及小鼠動脈粥樣硬化斑塊中含有M1型及M2型巨噬細胞，斑塊微環境導致巨噬細胞極化狀態。有研究表明，M1/M2型巨噬細胞對炎癥疾病的發展方向、斑塊內脂質成分的含量以及斑塊的穩定性起決定作用[20]。M1 型巨噬細胞釋放的炎癥因子，影響斑塊的發生進展及穩定性。M2型巨噬細胞在炎性疾病中有抗炎及促炎的雙重作用，既發揮固有的抗炎癥、促進炎癥消解作用，又能進一步促進動脈粥樣硬化發展。在動脈粥樣硬化斑塊損傷的初期階段，由于M2型巨噬細胞大量浸潤，斑塊趨于穩定。然而，在斑塊破裂時期，M1型巨噬細胞大量浸潤，促使炎癥因子分泌增加，使斑塊穩定性降低[21]。M1/M2型巨噬細胞通過炎癥調控對動脈粥樣硬化防治受到了廣泛的重視。

3.3腫瘤 腫瘤相關巨噬細胞(tumor-associated macrophage，TAM)是癌癥中浸潤炎癥細胞的主要成分，對癌癥的形成和發展有重要影響。在腫瘤發生階段，TAM產生大量炎癥介質，形成炎癥環境并促進腫瘤生長。當其發展為惡性腫瘤時，TAM還具有促進腫瘤血管生成、侵襲和轉移及免疫抑制的功能。隨著腫瘤轉移，TAM浸潤靶組織并為腫瘤細胞的侵入奠定基礎[18]。TAM通過很多途徑協助腫瘤細胞，如釋放細胞因子、生長因子、內皮生長因子等。在腫瘤局部低氧環境中，TAM的數量也呈增加趨勢，形成惡性循環。

越來越多的證據表明，TAM的密度與癌癥進展和不良預后相關[22-23]。有研究表明，胃癌的病理分期、淋巴結轉移率和淋巴結轉移灶大小與胃癌組織中TAM的密度有關[24]。卵巢癌組織中TAMs的特異性標記物的表達水平升高可使卵巢腫瘤的惡性率升高，并使卵巢癌的5 年生存率降低[25]。

癌細胞從原發性腫瘤遷移到遠處器官或組織的轉移是癌癥患者預后和死亡的最常見原因。有文獻報道，來源于M2巨噬細胞的殼多糖酶3樣蛋白1可與胃癌或乳腺癌細胞表面的IL-13受體α2鏈特異性結合，從而促進癌細胞的轉移[26]。另外，前列腺癌病情惡化與M2/M1的比例呈正相關，M2會促進癌相關成纖維細胞的再活化，而前列腺癌細胞能夠分泌單核細胞趨化蛋白1促進M2極化，因此M2與前列腺癌細胞相互促進，使病情不斷惡化[27]。因此，可以以此為靶點研制抗腫瘤藥，通過抑制M2型巨噬細胞滲入腫瘤細胞，發揮抗腫瘤作用。

3.4肥胖 在肥胖患者和肥胖小鼠模型中，巨噬細胞的數量增加，提示巨噬細胞和脂肪組織的穩態相關[28]。在正常的脂肪組織中，脂肪巨噬細胞(adipose tissuemacrophage，ATM)主要表現為M2型，這是因為嗜酸粒細胞分泌大量IL-4，維持著M2型ATM的極化。隨著肥胖的發生，M1型巨噬細胞逐漸占據主導地位，引發慢性炎癥和胰島素耐受。在肥胖的脂肪組織中，巨噬細胞M1/M2的比例失衡，即M1促炎巨噬細胞比例上調，M2抑炎巨噬細胞比例下調，導致脂肪組織慢性炎癥。脂肪細胞還可以釋放促炎介質，后者可誘導脂肪組織巨噬細胞的募集和活化[18]。研究發現，高脂飲食等其他因素會引起脂肪組織中的巨噬細胞向M1表型的極化及招募，這種極化和招募作用是由TLR4、NF-κB等炎癥通路介導的，其可能會加重患者的肥胖[29]。此外，運動訓練能夠抑制M1型巨噬細胞的浸潤以及促進M2型巨噬細胞的極化和招募，從而使肥胖引起的胰島素抵抗得到改善[30]。因此，可以通過減少高脂飲食，加強運動訓練，并采取相應措施抑制脂肪組織巨噬細胞向M1的極化和招募，促進其向M2的極化和招募，從而減少肥胖的發生。

3.5哮喘 哮喘是一種在發展中國家和發達國家廣泛傳播的慢性炎癥性疾病。肺巨噬細胞表型調節紊亂有助于哮喘的發病[31]。M2表型巨噬細胞在哮喘中起到了修復組織和恢復肺組織微環境穩態的作用。但是，過量的M2巨噬細胞會促進細胞的募集和黏液的分泌，導致氣道高反應性，使哮喘進一步惡化[32]。M1巨噬細胞也在哮喘的發展中發揮作用，嚴重哮喘患者，特別是在對糖皮質激素治療有抵抗的患者體內，巨噬細胞表現為M1表型，產生大量TNF-α、IL-1β、NO，加劇肺損傷和加速氣道重塑[33]。因此M1和M2巨噬細胞均參與哮喘的發生。

4 小 結

巨噬細胞作為機體免疫系統的重要組成成分，在不同疾病或同一疾病的不同狀態發揮不同的作用。在不同疾病狀態下，多種信號通路分子調控激活巨噬細胞極化為不同的表型，后者可分泌促炎抗炎介質，促進組織修復，調節許多炎癥性疾病的發生、發展和停止過程中的免疫應答[34]。因此，通過靶向影響巨噬細胞極化的局部微環境及胞內極化相關的信號通路分子，調控巨噬細胞的極化狀態，作為炎性疾病治療的靶點，將為制定以巨噬細胞為中心的治療策略提供新的思路。