巨噬細胞M1/ M2型極化與免疫炎癥性疾病關系的研究進展①

賈 瑞 惠 毅 閆曙光 李京濤

（陜西中醫藥大學基礎醫學院，咸陽712046）

巨噬細胞是機體抵御入侵病原體的第一道防線，是免疫應答中的中流砥柱。巨噬細胞參與組織內穩態，促進或消退炎癥，導致組織損傷或幫助組織修復。大量證據表明，巨噬細胞極化是一個可被逆轉修改的動態過程，其參與了眾多免疫炎癥性疾病的發生、發展與轉歸，如：炎癥性腸病、自身免疫性肝炎、哮喘、肥胖癥等。因此巨噬細胞在近幾年已成為極具吸引力的治療靶點和研究熱點，“重新編程”巨噬細胞狀態是有前景的新策略。現就靶向巨噬細胞極化在炎癥性疾病中作用的研究進展進行綜述。

1 巨噬細胞

1.1 來源 最初，單核/巨噬細胞被認為完全來源于骨髓中循環單核細胞的分化。然而，這一觀點受到挑戰，認為：一些駐留在組織中的巨噬細胞是在出生前就已存在的，來源于胚胎發育期間的卵黃囊，具有自我更新能力，這意味著組織駐留巨噬細胞可不依賴于單核細胞分化而獨自在局部重新繁殖［1］。雖然諸多觀點認為單核細胞在穩定狀態下對組織巨噬細胞貢獻很少，大多數組織內的巨噬細胞來源于卵黃囊，但在某些部位，巨噬細胞的含量依然取決于骨髓中單核細胞的持續供給，如皮膚和腸道［2］。皮膚朗格漢斯細胞既包含卵黃囊源又包含胎兒單核細胞源，但胎兒單核細胞衍生的巨噬細胞已成為優勢譜系［3］。有研究證明，在小鼠腸道內，巨噬細胞不斷從循環血單核細胞中補充，并且僅來源于單個前體［4-5］。此外，最近有研究推翻傳統關于心臟巨噬細胞起源的觀點，證明其也是由循環血液單核細胞更新的［6］。事實上，每個器官都有其特定的胚胎來源和成人來源的巨噬細胞亞群組成，每個器官決定了出生后循環單核細胞取代常駐巨噬細胞的程度。大多數駐留的組織巨噬細胞可在沒有單核細胞輸入的情況下無限期地維持自身狀態，但如果發生急性和嚴重的耗竭，循環的單核細胞可以很容易地重新填充巨噬細胞的生態位［7］。有趣的是，最近出現了顛覆傳統的一種觀念，即成年體內循環的骨髓來源的血液單核細胞在不斷替代組織駐留巨噬細胞［8］。

1.2 組織分布 根據解剖位置，組織駐留巨噬細胞被劃分為亞群體，包括中樞神經系統中的小膠質細胞、骨中的破骨細胞、肺中的肺泡巨噬細胞、脾臟和間質結締組織中的組織細胞以及肝臟中的Kupffer細胞。腸道也由不同類型的巨噬細胞組成，這些巨噬細胞共同工作以維持對正常腸道菌群和口服抗原的耐受性［9］。次級淋巴器官也有不同的巨噬細胞群體，包括脾臟的邊緣區巨噬細胞，抑制對凋亡細胞的先天免疫和適應性免疫，以及淋巴結的包膜下竇巨噬細胞，從淋巴中清除病毒并啟動抗病毒免疫反應。一些巨噬細胞存在于免疫特權部位，如腦、眼和睪丸，這些部位在組織重塑和內穩態中起中心作用。這些組織特異性巨噬細胞吞噬死亡細胞、碎片和外來抗原，協調炎癥，并根據需要招募額外的巨噬細胞［10-11］。巨噬細胞幾乎遍布全身，參與許多組織器官的生理及病理過程，因此也成為極具吸引力的治療靶點。

2 巨噬細胞極化不同表型

巨噬細胞具有顯著異質性和可塑性，其表型和功能受周圍環境調節的過程稱為巨噬細胞極化［12］。當前的范式描述了兩個巨噬細胞亞群：經典激活的M1 和交替激活的M2 型巨噬細胞，雖然這種二分法過于簡化，但目前仍然適用，代表巨噬細胞廣譜分化狀態的兩個極端。

M1 型巨噬細胞通常單獨或與Th1 型細胞因子如IFN-γ、GM-CSF 協同致炎和極化，或由脂多糖（LPS）識別，產生促炎細胞因子：TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-12、IL-23、IL-27、CXCL9、CXCL10、CXCL11、CXCL16、CCL5 及低水平的IL-10。在功能上，M1 型巨噬細胞具有高度吞噬性，能快速清除入侵病原體，介導組織損傷，同時啟動炎癥反應以保護宿主，在炎癥初期發揮重要作用，但過量也可損害組織再生、影響傷口愈合，造成宿主損傷［13］。

M2 型巨噬細胞通過IL-4 受體α（IL-4Rα）激活STAT6，從而被Th2 型細胞因子IL-4 和IL-13 極化。除了IL-4 和IL-13 外，IL-10 等其他細胞因子可通過IL-10 受體（IL-10R）激活STAT3 來調控M2 極化［14］。IL-33 是IL-1 家族中的一種細胞因子，與Th2 相關細胞因子相關并誘導M2 極化［15］。在功能上，M2 型巨噬細胞抑制炎癥反應，清除碎片和凋亡細胞，促進組織修復和傷口愈合，改善免疫調節，并具有促血管生成和促纖維化特性［16-17］。M2 型巨噬細胞可進一步分為4 個不同的亞型，包括M2a、M2b、M2c 和M2d，不同亞型具有不同作用。①M2a 型由IL-4 和IL-13 誘導并產生高水平的Arg-1、IL-10、TGF-β、FIZZ1、Ym1/2、CCL22、CCL24等分子，誘騙受體IL-1受體Ⅱ（IL-RⅡ）和IL-1受體拮抗劑（IL1Ra），具有抗炎和促進組織修復及清除寄生蟲感染的作用［18］；②M2b 亞群可由免疫復合物（ICs）和Toll 樣受體（TLR）激動劑或IL-1 受體配體刺激誘導，高表達CD86、MHC-Ⅱ、IL-1、IL-1β、IL-6、TNF-α、IL-10、CCL1等分子，具有促進Th2型反應和抗炎作用［18-19］；③M2c亞群由糖皮質激素和IL-10 誘導，高表達CD163、CD206、IL-10、TGF-β、CCL16、CCL18、CXCL13、MERTK和細胞外基質分子，在抗炎和修復方面發揮作用；④M2d型由TLR激動劑通過腺苷受體誘導，激活腺苷受體之后，抑制促炎細胞因子產生，誘導抗炎細胞因子（IL-10、IL-12）和血管內皮生長因子（VEGF）分泌，參與腫瘤血管生成，促進腫瘤發的生發展及轉移［18，20］。

3 巨噬細胞極化與不同免疫炎癥性疾病的關系

炎癥是人體抵御外源性入侵物或調節機體免疫反應失調必不可少的防御手段。炎癥在本質上是保護性的，是修復和再生的前提。如果在修復過程中組織的完整性和體內平衡得到恢復，炎癥會自動消退；但如果不能及時終止炎癥反應，任由炎癥過度發展，則會導致組織向病理性纖維化發展，從而損害正常的組織功能并最終導致器官衰竭［21］。在炎癥發生早期，巨噬細胞首先表現出M1 表型，針對刺激釋放多種炎癥介質以推動炎癥反應。起初這些炎性巨噬細胞是有益的，但如果任由M1 型巨噬細胞持續增殖，釋放過量炎癥因子，就具有致病性，炎癥反應隨之加重，并導致疾病的進一步發展，如許多慢性炎癥和自身免疫性疾病的發生。因此，在炎癥后期，為了抵消炎性巨噬細胞反應對組織的損傷潛力，巨噬細胞發生凋亡或轉變為抗炎表型，即M2 表型，其分泌大量抗炎因子，抑制炎癥反應，促進組織修復、重塑、血管生成和維持體內平衡［22-23］。但同時，巨噬細胞極化是動態可逆的，即當微環境條件變化時，M1 可以轉向M2，反之亦然［24］。巨噬細胞極化幾乎貫穿疾病發生、發展及轉歸的全過程，兩種極化狀態的相繼出現是適當終止炎癥反應及損傷后修復組織的絕對要求，因此識別巨噬細胞極化動態變化對于闡明疾病進展和設計新的巨噬細胞極化介導的治療策略至關重要。

3.1 巨噬細胞極化與炎癥性腸病（inflammatory bowel disease，IBD） IBD 的特點是腸黏膜慢性炎癥，以克羅恩病和潰瘍性結腸炎為主要臨床表現，目前IBD 的發病機制尚不十分明確，涉及免疫、遺傳、環境等多種因素［25］。巨噬細胞是腸黏膜中最豐富的細胞之一，腸道巨噬細胞極化失衡，即細菌和細菌抗原的異常反應觸發并驅動了過度的炎癥性免疫反應被認為是導致IBD發病機制之一［26］。在健康的腸道環境中，腸道巨噬細胞表現出抗炎、耐受的M2 樣表型；但在炎癥期間，單核細胞被招募到腸道固有層并成為炎性巨噬細胞，分泌促炎細胞因子，推動炎癥反應。在IBD 模型和IBD 患者的結腸中均檢測到大量M1 型巨噬細胞，但同時仍有少量M2型巨噬細胞存在，目前雖尚未有對兩者具體的定量分析，但此時這些M2 型巨噬細胞依然起到對抗炎癥并促進愈合的作用［27］。巨噬細胞極化與IBD進展密切相關，被認為是治療干預的新靶點。

一方面，一些研究表明，增加M1 型巨噬細胞或減少M2 型巨噬細胞會加重IBD。QUALLS 等［28］證明耗盡單核吞噬細胞會導致M2 型巨噬細胞減少，IL-10 水平顯著降低，而促炎細胞因子如IFN-γ 和TNF-α 的水平并不受影響，從而使小鼠更易患DSS誘導的結腸炎。IL-10是代表M2型巨噬細胞維持腸道穩態的關鍵因子。研究發現，敲除IL-10 的小鼠會發生自發IBD［29］，IL-10 受體（IL-10R）缺乏的患者也會發展為嚴重的兒童IBD［27］。最新研究發現，IL-16 可通過促進巨噬細胞向M1 型極化從而加重DSS 誘導的IBD［30］。另一方面，大量研究證實，增加結腸M2 型巨噬細胞或減少M1 型巨噬細胞的比例可以改善結腸炎。HUNTER 等［31］發現，在二硝基苯磺酸（DNBS）誘導的小鼠結腸炎前2 天腹腔注射M2型巨噬細胞可減輕小鼠的疾病活性、組織損傷、髓過氧化物酶活性和結腸縮短的程度，在誘導后6 h注射M2 型巨噬細胞也會得到同樣的結果［32］。YAP可減弱IL-4/IL-13誘導的M2型巨噬細胞極化，而促進脂多糖/IFN-γ 激活M1 型巨噬細胞產生IL-6，表明YAP 可通過調節M1/M2 型巨噬細胞極化加重炎癥性腸病［33］。研究發現細胞外基質蛋白1（ECM1）在炎癥條件下組織浸潤的巨噬細胞中高表達，巨噬細胞特異性的ECM1 基因敲除會導致精氨酸酶1（ARG1）表達增加，并在脂多糖（LPS）處理后減弱向M1 型巨噬細胞表型的極化，減輕了DSS 誘導的IBD小鼠的病理改變［34］。丁酸鹽是一種短鏈脂肪酸，在結腸中濃度較高，目前已發現在體外和體內可下調結腸巨噬細胞極化失衡，減輕炎癥［35］。巨噬細胞極化具有可逆性，在一定條件下轉化其表型也是治療IBD 的一種有效策略。最近發現一種大豆化合物可能對IBD 有治療作用：用染料木黃酮處理過的DSS誘導的小鼠中，M1型巨噬細胞減少而M2型增多，且使M1 型巨噬細胞極化向M2 表型傾斜，改善實驗性結腸炎［36］。另發現乳酸乳桿菌EJ-1 可抑制NF-κB信號并極化M1/M2型巨噬細胞轉變，有助于改善結腸炎［37］。TANG 等［38］首次揭示了催產素-催產素受體系統參與調節實驗性結腸炎中巨噬細胞向抗炎表型的極化，其實驗結果表明，催產素降低了巨噬細胞對LPS 刺激的敏感性，降低了炎癥細胞因子IL-1β、IL-6 和TNF-α 的表達，但增強了巨噬細胞對IL-4刺激的敏感性，升高了抗炎因子Arg1、CD206和幾丁質酶樣3（ChI3）的表達。這種雙向調節部分與NF-κB 信號被抑制、信號轉導和STAT6 磷酸化增強有關。這也為調節巨噬細胞極化狀態治療IBD提供了新的強有力的證據。另外，許多中藥及其成分被證明可以通過調節巨噬細胞極化狀態治療IBD。小檗堿通過AKT1/SOCS1/NF-κB 信號通路抑制巨噬細胞M1極化，從而對抗DSS誘導的結腸炎［39］。黃芩苷可通過上調IRF4 蛋白的表達促使M1 向M2 型巨噬細胞轉換，有效改善小鼠結腸炎癥狀［40］。牛蒡子苷可通過抑制IL-1β、TNF-α和IL-6的表達上調IL-10水平，治療TNBS 誘導的結腸炎［41］。了解不同腸道環境條件下巨噬細胞極化的狀態并調節其表型已經是中西醫治療IBD有效機制之一。

3.2 巨噬細胞極化與自身免疫性肝炎（autoimmune hepatitis，AIH） AIH 是一種肝臟實質性的慢性炎癥性疾病，主要由自身免疫反應介導發生，其發病機制尚未完全明確，嚴重者可發展為肝纖維化、肝硬化、肝衰竭。現階段我國尚未見可靠的大樣本流行病學報道，但隨著對該病認識的提高和檢查的普及，AIH 的檢出率、診斷率不斷上升，受到了醫學界的廣泛關注和重視［42］。免疫細胞，尤其是巨噬細胞侵襲肝臟引發的肝臟炎癥是刀豆蛋白A（concanavalin A，Con A）誘導的AIH 的基本特征［43］。在AIH 患者中發現，總巨噬細胞和M1 型巨噬細胞數量增加，而M2 型巨噬細胞數量減少，同樣的結果在Con A 誘導的肝炎模型中也得到了驗證［44］。巨噬細胞極化參與了自身免疫性肝炎的發病機制。IL-34被發現參與類風濕關節炎、IBD 的炎癥進程，但在AIH 中的作用尚不清楚。LIU 等［45］采用Con A 誘導肝炎模型，首次發現Con A 處理的WT 小鼠肝臟中IL-34 的表達低于陰性對照小鼠，提示IL-34 可能在Con A 誘導的肝損傷中起保護作用，他們還發現用Con A處理的IL34-/-小鼠的壞死面積比WT大，IL-34的丟失削弱了IL-10、Arg-1 的表達，抑制了M2 型巨噬細胞的活化，加重了肝組織壞死。為進一步驗證，他們將RAW264.7 巨噬細胞與IL-34 共培養，最終得出結論：IL-34在AIH 中可能通過驅動巨噬細胞向M2表型極化抑制炎癥，防止肝損傷。

同樣，調節炎性巨噬細胞向抗炎表型轉化也是治療AIH 行之有效的方法。間充質干細胞（mesenchymal stem cell，MSC）通過Nrf2/HO-1 信號通路可促進肝臟組織中M1 型巨噬細胞向M2 型巨噬細胞極化，維持自身免疫性肝炎小鼠模型肝臟炎癥內環境穩定，發揮其保護肝組織的作用［46］。最近有研究者指出，胡桃科植物楓楊醇提物能夠降低血清IL-6和TNF-α 的含量，從而有效抵抗Con A 所致的AIH的機制可能與抑制STAT3 的磷酸化有關［43］。但有趣的是，IL-6和TNF-α同屬于M1型巨噬細胞分泌的促炎因子，楓楊醇提物發揮作用的機制是否也與巨噬細胞極化有關，值得進一步考究。由于目前還沒有針對AIH 十分有效的治療方法，因此深入探究其發病機制對臨床具有深刻的指導意義，巨噬細胞極化也成為近年來治療AIH熱門的切入點。

3.3 巨噬細胞極化與哮喘（asthma，AA） AA 是一種以氣道高反應性、炎癥細胞浸潤、黏液過度產生和氣道重塑為特征的慢性炎癥性疾病。肺巨噬細胞表型調節紊亂是AA 發病機制之一，不同極化類型的肺巨噬細胞導致AA 發展走向相反［47］。目前普遍認為M2 型巨噬細胞在AA 發病中起主導作用，有利于組織修復和肺組織微環境內穩態的恢復。然而，過多的M2 型巨噬細胞會增加細胞募集和黏液分泌，導致氣道高反應性。MOREIRA 等［48］將M2 表型巨噬細胞轉移到真菌誘導的AA 小鼠的肺中后發現炎癥反應增強，加速了AA 的病理進程。LncRNA是新近發現的RNA 元件，在多種細胞功能中發揮作用，在巨噬細胞極化中也發揮重要作用，LncRNA AK085865 在AA 小鼠中高表達，被定義為粉塵螨蛋白1誘導的AA期間巨噬細胞極化的調節劑，并促進巨噬細胞向M2 型極化，刪除AK085865 會降低M2型巨噬細胞的百分比，表明AK085865 的缺失是AA保護作用的關鍵因素，AK085865 耗竭可通過調節巨噬細胞極化來改善AA 氣道炎癥［49］。P2X7R（嘌呤能受體P2X，配體門控離子通道7 受體）是P2Xr（嘌呤能受體P2X）亞家族的成員，選擇性地表達于巨噬細胞、DCs 和其他免疫細胞表面。ATP 是一種內源性危險信號，是P2X7R的生理激活劑。eATP和P2X7受體形成ATP/P2X7R軸，與許多炎癥介質一起促進炎癥反應的發展［50］。最新研究證實ATP/P2X7R激活P2X7R 誘導了M2 型肺巨噬細胞極化，抑制了M1 型極化，參與了AA 的發病［51］。這一發現更加印證了M2型巨噬細胞在AA發病中的主導作用。

然而，越來越多的證據支持M1 表型巨噬細胞參與AA 的發生發展。在嚴重形式的AA 中，特別是在糖皮質激素治療耐藥的患者中，巨噬細胞被顯示為M1 表型，從而產生大量促炎介質，包括TNF-α、IL-1、IL-1β、NO，從而加劇了肺損傷，加速了氣道重塑［52］。例如，在過敏原誘導的氣道疾病小鼠模型中，M1 表型產生的NO 導致DNA 氧化損傷和炎癥，增加黏液產生，并放大肺損傷［53］。在蟑螂提取物（cockroach extract，CRE）誘導的AA 小鼠模型中發現，MSC 可通過激活芳香烴受體（aromatic hydrocarbon receptor，AHR）信號將巨噬細胞從促炎的M1 表型極化為抗炎的M2 表型［54］。另外，氫氣吸入可促進卵清蛋白（ovalbumin，OVA）誘導的AA 小鼠肺泡巨噬細胞吞噬功能，這可能與氫氣的抗氧化作用和激活Nrf2 途徑有關［55］。關于AA 發病過程中哪種類型的肺巨噬細胞占主導地位仍有爭議，但巨噬細胞無疑是探討其發病機制中關鍵一環，因而調節巨噬細胞極化平衡也是臨床解決AA的重要途徑。

3.4 巨噬細胞極化與肥胖癥 肥胖是一種代謝紊亂性疾病，可能導致胰島素抵抗，葡萄糖耐受不良，血脂異常以及高血壓。大量證據表明，肥胖也是一種慢性低度炎癥性疾病［56］。肥胖的炎癥反應的重要引發劑是脂肪組織，其由脂肪細胞、前脂肪細胞、內皮細胞和免疫細胞（如巨噬細胞和淋巴細胞）組成，特別是巨噬細胞對脂肪組織的感知是肥胖相關合并癥的關鍵事件［57］。巨噬細胞的聚集與肥胖的程度相關，肥胖者的脂肪細胞通過釋放炎癥介質，如趨化因子、腫瘤壞死因子或游離脂肪酸來促進巨噬細胞的聚集和激活，激活的巨噬細胞會分泌促炎細胞因子并形成炎性回路，從而阻斷脂肪細胞的胰島素作用并導致胰島素抵抗［58］。肥胖小鼠中以M1型巨噬細胞為主，他們在脂肪細胞的參與下分泌促炎細胞因子，導致胰島素抵抗。此外，肥胖應激不僅促進炎性巨噬細胞浸潤到脂肪組織中，而且還導致M2 型駐留巨噬細胞表型轉變為M1 型［59］。然而，瘦肉動物的脂肪組織還含有中等數量的M2 型巨噬細胞，在人類肥胖中結果也是如此［60］。因此，肥胖的原因之一可能與M1 促炎巨噬細胞過度反應，巨噬細胞極化失衡有關。在肥胖的發展過程中，脂肪細胞也被證明是巨噬細胞極化的協調器，其分泌蛋白組轉變為促炎性特征，從而誘發M1 樣極化［61］。葡萄糖調節蛋白94（glucose-regulated protein 94，GRP94）最近被證實是M1 型巨噬細胞極化、胰島素抵抗和炎癥的一種新的調節因子［62］。

調整巨噬細胞極化狀態，增加抗炎巨噬細胞的形成，是治療肥胖癥的可能途徑之一。一項動物研究表明，在慢性減肥過程中，脂肪組織中M2 型巨噬細胞增多，這些細胞可能通過預防炎癥和促進胰島素敏感性而在脂解和組織穩態中發揮重要作用，且M2型巨噬細胞在遇到寒冷的環境時，可使細胞功能和生理過程保持在正常狀態［63-64］。這些都說明M2型巨噬細胞在抵抗肥胖過程中起關鍵作用。IL-6在調節免疫反應中具有促炎和抗炎雙重作用。在急性炎癥和敗血癥模型中，IL-6 促進炎癥并介導單核細胞募集。但最近一項研究顯示了IL-6 的抗炎功能，在高脂飲食喂養的肥胖小鼠中，髓樣細胞中IL-6信號的破壞導致系統性炎癥過度，驅動小鼠朝M2型巨噬細胞極化［65］。BRAUNE 等［66］最近證實了IL-6介導的巨噬細胞反應的這種雙重性，表明IL-6 促進了肥胖期間脂肪組織中M2 樣巨噬細胞的局部增生，可能是通過IL-4Rα 上調而對IL-4 增敏。另外，最新研究發現，Spexin（SPX）是一種新型的脂肪因子，與許多代謝作用有關，例如胃腸運動、胰島素和葡萄糖穩態、脂質代謝和能量平衡［67］。GAMBARO等［67］證實SPX 直接或間接通過成熟的脂肪細胞誘導M1 型巨噬細胞極化的降低，從而改善肥胖狀況。此外，轉化M1/M2 表型也是治療肥胖的有效措施。研 究發 現，2- 甲 氧 基雌 二醇（2-methoxyestradiol，2ME2）通過抑制巨噬細胞浸潤，并將巨噬細胞從促炎的M1 表型轉變為M2 的抗炎表型，可改善高脂飲食誘導的肥胖和糖耐量異常［68］。另外，表觀遺傳機制也參與肥胖期間調節巨噬細胞的極化，最新研究證實，肥胖時巨噬細胞炎癥抑制轉錄本（一種新的保護性長非編碼RNA）的缺失，可能通過表觀遺傳機制導致巨噬細胞促炎表型和代謝紊亂［69］。可見，巨噬細胞極化在治療肥胖過程中也起到不可或缺的作用。

4 小結與展望

巨噬細胞是固有免疫系統中相當重要的一部分，其可根據特定的環境進行表型和功能動態轉換的這一“極化”現象，不僅在炎癥性疾病中發揮重要作用，也參與了許多代謝性疾病、感染、動脈粥樣硬化、膿毒癥及癌癥等疾病的病理過程，以調節巨噬細胞極化平衡為中心的治療策略已經愈來愈受到國內外研究人員的重視和采納。盡管近年來在巨噬細胞極化的認識上取得了長足的進步，但仍有許多方面需要深入研究：①巨噬細胞極化是一個動態過程，目前監測只能固定在某個時間和特定環境中，未來應考慮如何實現動態監測，以便更好地觀察其變化；②人和小鼠中的巨噬細胞存在差異，不能一概論之，雖然目前實驗有局限性，但未來可以考慮采用人源化小鼠觀察，盡可能地縮小由巨噬細胞不同的采集來源所帶來的差異，為觀察巨噬細胞極化在人類疾病中發揮的作用提供更優解；③對于如何調控巨噬細胞極化的相關通路值得更深入的研究，以期為臨床提供更堅實的理論基礎。