巨噬細胞與肺纖維化的相關研究進展＊

王瑩瑩，曾小虎，李瑞琴

(1.河南中醫(yī)藥大學基礎醫(yī)學院 鄭州 450000；2.河南中醫(yī)藥大學中醫(yī)藥科學院 鄭州 450000)

肺纖維化(pulmonary fibrosis，PF)是一種廣泛的異致性終末期的慢性間充質性肺疾病，其特征是細胞外基質過度沉積和肺實質破壞。由于遺傳易感性和各種環(huán)境風險因素包括病毒，細菌，香煙煙霧，木屑，石屑等引起的刺激而引起肺泡上皮細胞損傷、成纖維細胞增殖、成纖維細胞向肌成纖維細胞轉化和膠原的形成并引起病理性的細胞外基質沉積，降低肺的順應性，導致氣體交換受阻、肺功能急劇下降、呼吸困難等器官功能障礙，最終發(fā)展成為呼吸衰竭而危及生命的纖維化間充質疾病[1]。近些年對PF治療的研究有了深入的發(fā)展，但是對于PF發(fā)病機制的認識仍不十分清楚。

近年來有研究表明巨噬細胞參與肺纖維化的病理過程[2]。巨噬細胞在人體組織器官中分布廣泛，在體內平衡的發(fā)展、代謝和維持中起關鍵作用。在疾病中，肺泡巨噬細胞(Alveolar macrophages，AM)有著廣泛的作用，它們通過響應氣體、懸浮微粒、微小粒子的應激激發(fā)了炎癥反應和免疫應答，并且參與纖維化和肉芽腫的進程導致肺泡和氣道重塑和肺功能障礙。肺泡巨噬細胞可以分化成M1型巨噬細胞(classically activated macrophages)和M2型巨噬細胞(alternatively activated macrophages)，M1型和M2型巨噬細胞都參與肺纖維化的病理機制，有研究表明，M1型巨噬細胞在傷口修復中起著重要作用，它具有較強的促炎、抗原攝取的作用，M2型巨噬細胞在肺纖維化的區(qū)域的主要浸潤作為纖維形成的重要調節(jié)器[3]。

1 肺纖維化中巨噬細胞的來源

在胚胎發(fā)育過程中，胎肺既包含卵黃囊來源的胎兒巨噬細胞，也包含胎兒肝來源的單核細胞[4]。Van De Laar L[5]等人的研究表明，將成熟的腹膜巨噬細胞和肝巨噬細胞經(jīng)移植轉入小鼠肺內后，成熟的肺泡巨噬細胞(AMs)表型從肺泡巨噬細胞而非腹膜和肝巨噬細胞獲得。肺泡巨噬細胞是長期存活的細胞，在正常情況下，肺泡巨噬細胞通過原位自身增殖而不是依賴于骨髓來源的單核細胞，而在肺泡巨噬細胞損傷時，骨髓來源的單核細胞可以分化成單核細胞補充肺泡巨噬細胞[6]。同時觀察到肺巨噬細胞是長期存活的細胞，它們不能從循環(huán)中被取代，并且由它們的局部環(huán)境所塑造，這可能會對我們對肺部疾病，尤其是肺纖維化的看法產生深遠的影響。

在肺纖維化過程中，巨噬細胞活化的多種標志物已經(jīng)被證明是上調的，并且研究了巨噬細胞M1和M2亞型的作用。M1型巨噬細胞通過誘導型一氧化氮合酶(iNOS)產生反應性一氧化氮(NO)，通過產生IL-1b、IL-12b、IL-23、TNFα等促炎細胞因子，參與宿主對細胞內病原體的防御。相反，M2型巨噬細胞可由大量介質如IL-4、IL-13、TGF-β和IL-10誘導[7]，M2型巨噬細胞在纖維化過程中參與異常的傷口愈合級聯(lián)反應，因為它們產生促纖維化細胞因子，它們的數(shù)量在纖維化疾病中升高，并且它們能夠招募纖維細胞[8]。

圖1 巨噬細胞極化在肺纖維化中的作用

2 巨噬細胞在肺纖維化中的作用

巨噬細胞在原有的吞噬細菌能力的基礎外，還參與傷口修復的過程，其中，M1型巨噬細胞主要以促使炎癥反應為主，M2型巨噬細胞具有較強的抗炎活性，M2型巨噬細胞在傷口愈合和纖維化中起到重要作用[9]，同時M2型巨噬細胞還可以拮抗M1巨噬細胞的活性，這對于激活傷口愈合反應和恢復組織穩(wěn)態(tài)有著至關重要。同時也有研究表明，M1型巨噬細胞在組織修復中可以轉化成具有抗炎活性的M2型巨噬細胞[10]。

M2型巨噬細胞產生一些生長因子，如：轉化生長因子(TGF-β1)和血小板源(platelet derived growth factor，PDGF)刺激上皮細胞和成纖維細胞的生長[11]。巨噬細胞來源的TGF-β1通過促進成纖維細胞分化成為肌成纖維細胞，增強金屬蛋白酶組織抑制劑(TIMPs)的表達來阻止組織細胞外基質(ECM)的降解以及直接刺激間質纖維膠原的合成，從而促進組織再生和傷口修復。巨噬細胞源性PDGF也會刺激產生ECM的成肌纖維細胞活化增殖[12]。其中，在肺纖維化中，成纖維細胞和α-SMA+肌成纖維細胞的積累在很大程度上導致了肺泡結構內膠原蛋白的產生[13]，肺部間充質干細胞(LR-MSC)被確定為肺纖維化中成纖維細胞活化的重要貢獻者，通過流式細胞術確定，發(fā)現(xiàn)博來霉素所致的小鼠的纖維化肺中募集的巨噬細胞主要是M2型巨噬細胞，同時，發(fā)現(xiàn)M2型而非M1型巨噬細胞促進了LR-MSC的成纖維細胞分化以及α-SMA的高表達，表明了M2型巨噬細胞是肺纖維化的關鍵靶標[14]。

3 M 2型巨噬細胞的相關靶點與肺纖維化

肺泡巨噬細胞是存在于肺泡腔內的主要巨噬細胞亞群之一，在肺組織中占有較高的比例，而且是重要的免疫細胞。肺泡巨噬細胞在不同的微環(huán)境下可以極化成M1型和M2型巨噬細胞，且M2型巨噬細胞在肺纖維化中起到關鍵作用。下面將從細胞因子、外泌體等方面探討M2型巨噬細胞在肺纖維化治療中的作用

3.1 腺苷受體A2B(ADORA2B)

腺嘌呤核苷腺苷(Adenine adenosine)在細胞代謝和能量學中起主要作用，細胞外腺苷是一種信號分子，響應細胞損傷而產生，可以調節(jié)組織損傷和修復[15]。研究表明，IPF患者和小鼠肺損傷模型中腺苷水平升高與炎癥和纖維化增加相關，腺苷其作用由四種不同的G蛋白偶聯(lián)受體介導，其生理功能是通過與四種特異性跨膜受體ADORA1、ADORA2A、ADORA2B和ADORA3相互作用介導的。其中ADORA2B的激活已被證明導致慢性肺部疾病的發(fā)生，包括炎癥、纖維化和組織重塑，且腺苷通過A2A和A2B受體促進替代性巨噬細胞(M2型巨噬細胞)活化[16]。從髓樣細胞中刪除ADORA2B可減輕肺纖維化和肺動脈高壓。有研究表明，在小鼠博來霉素引起的損傷和原發(fā)性肺纖維化患者的模型研究中，抑制缺氧誘導因子1-α(HIF1α)可以減輕肺纖維化并降低ADORA2B在交替激活的巨噬細胞中表達[17]，基于這些研究結果，可以提出腺苷受體作為巨噬細胞在肺組織損傷修復中極化成M2型巨噬細胞而高表達的信號分子，為肺纖維化的治療提供了新的治療靶點。

3.2 S100A4

S100A4，也稱為成纖維細胞特異性蛋白-1(FSP-1)，是小Ca2+結合蛋白家族的成員，作為細胞內分子，具有廣泛的細胞生物學功能，如調節(jié)血管生成，細胞遷移、侵襲、增殖或轉移[18]。S100A4是成纖維細胞的標志物，并在不同組織(如肝臟，心肌，腎臟和肺)中顯示出促進纖維化[19-21]。研究發(fā)現(xiàn)，S100A4由M2極化的肺泡巨噬細胞產生和分泌，并增強了肺成纖維細胞的增殖和活化[22]。在人支氣管肺泡灌洗液中發(fā)現(xiàn)，S100A4+巨噬細胞的數(shù)量與患者S100A4蛋白水平和特發(fā)性肺纖維化(IPF)的發(fā)生密切相關，IPF組的支氣管肺泡灌洗液中細胞外S100A4蛋白水平比非IPF對照組高約4倍。博萊霉素誘導的肺纖維化小鼠模型顯示，炎癥期S100A4+巨噬細胞是細胞外S100A4的主要來源。同時，體外研究表明，細胞外S100A4可以通過上調α-SMA和COL I激活小鼠和人的肺成纖維細胞，增加鞘氨醇-1-磷酸(S1P)的表達，抑制S1P受體亞型S1P1/S1P3可消除成纖維細胞的激活[20]。因此，S100A4的缺失或中和作用顯著降低了博萊霉素誘導的體內肺纖維化。綜上所述，S100A4由M2極化的肺泡巨噬細胞產生和分泌的成纖維細胞的標志物，故肺內細胞外S100A4或S100A4+巨噬細胞是IPF早期臨床診斷標志物，且阻斷S100A4可能有利于將來治療肺纖維化的希望靶點。

3.3 S1PR2

鞘氨醇-1-磷酸(S1P)是五元家族脂質鞘氨醇-1-磷酸受體(S1PR)的天然活化配體，通過S1P特異性G蛋白偶聯(lián)受體(S1PR1-S1PR5)的5個成員調節(jié)胚胎發(fā)育、血管形成、血管屏障完整性和淋巴細胞轉運等生物學過程[23]。研究廣泛的是S1PR1和S1PR3，但研究發(fā)現(xiàn)S1PR2對單核巨噬細胞和肥大細胞的遷移有獨特的抑制作用，對肌成纖維細胞的分化有促進作用，對血管屏障的完整性有保護作用[24]。在IPF患者中，隨著肺組織中S1P合成酶鞘氨酸激酶-1(SphK1)表達的增加，血清和支氣管肺泡灌洗液(BALF)中的S1P濃度會升高[25]。研究表明博萊霉素給藥后，S1PR2參與肺巨噬細胞中纖維化細胞因子IL-13的產生和STAT6磷酸化反應。且在表達S1PR2的幾種不同的肺細胞類型(巨噬細胞、血管內皮和成纖維細胞)中，研究表明骨髓衍生細胞(巨噬細胞)中的S1PR2有助于肺纖維化。S1pr2的基因缺失通過涉及增強對纖維化細胞因子IL-13應答的機制，顯著抑制了博來霉素誘導的肺纖維化[26]。這些發(fā)現(xiàn)表明，靶向S1PR2可能為肺纖維化提供一種新穎的治療策略。

3.4 泛素編輯酶A20

泛素編輯酶A20(也稱為誘導蛋白TNFAIP3)是一種廣泛表達且可誘導的胞質蛋白，響應于包括腫瘤壞死因子(TNF-α)在內的不同刺激而負調節(jié)NF-κB依賴性基因的表達。有研究表明，慢性肺損傷使泛素編輯酶A20失活，導致PF患者和小鼠的肺泡巨噬細胞(AM)中轉錄因子C/EBPb逐漸積累，從而上調了許多免疫抑制和促進肺纖維化發(fā)展的因素。響應慢性肺損傷，升高的糖原合酶激酶3b(GSK-3b)與A20相互作用并被磷酸化，從而抑制C/EBPb降解。通過干擾A20-GSK-3b相互作用、A20的異位表達或恢復A20藥理學的活性可加速C/EBPb降解，并顯示出對實驗性PF的有效治療功效[27]。由于GSK-3b和A20相互作用增強了AMs中轉錄因子C/EBPb的活性，上調了促進PF發(fā)育的多種纖維化因子，因此干擾GSK-3b-A20-C/EBPb軸可能是治療肺纖維化的一種有前途的治療策略。

3.5 Fra-2/Col VI纖維化軸

轉錄因子AP-1由Jun(c-Jun，JunB，JunD)和Fos蛋白(c-Fos，F(xiàn)osB，F(xiàn)ra-1，F(xiàn)ra-2)組成，它們控制多種應激反應，包括細胞增殖，凋亡，炎癥，傷口愈合和癌癥。AP-1轉錄因子Fra-2在IPF肺切片中上調，并且Fra-2轉基因小鼠(Fra-2Tg)表現(xiàn)出自發(fā)性肺纖維[28]。研究表明Fra-2和ColVI在人IPF肺巨噬細胞中共表達，并在間質性肺病中特異性增加和相關，但在炎癥性COPD中卻不相關，這表明Fra-2和ColVI的共表達比I型膠原可能是肺纖維化更好的生物標志物，在兩種疾病中都增加。Fra-2或Col VI失活不會影響巨噬細胞募集和替代激活，這表明Fra-2/Col VI可以特異性控制巨噬細胞的旁分泌纖維化活性。Fra-2/AP-1抑制劑的治療性給藥可降低Col VI表達并改善Fra-2 Tg小鼠和博來霉素模型中的纖維化。最后，F(xiàn)ra-2和Col VI在IPF患者樣品中呈正相關，并在肺巨噬細胞中共定位[29]。因此，F(xiàn)ra-2/Col VI纖維化軸是肺纖維化和可能的其他纖維化疾病的有前途的生物標志物和治療靶標。

3.6 Gp130

Gp130細胞因子，也稱為IL-6家族，參與各種炎癥和免疫調節(jié)機制。它們通過與包括信號轉導分子糖蛋白130(Gp130)在內的特定受體復合物結合而引起細胞效應，并在細胞分化、增殖和造血等各種細胞過程中發(fā)揮關鍵作用[30]。在巨噬細胞極化中最近研究表明，IL-6通過增強IL-4Rα的表達和增強IL-4的反應，在脂肪組織來源的巨噬細胞中誘導一種交替激活的表型[31]。此外，Komori等證明OSM促進了使用脂肪組織來源的巨噬細胞在體外進行M2極化[32]。此外，繼OSM在小鼠模型中過表達之后，先前已證明OSM可在體內誘導IL-6細胞因子的表達[33]，利用腺病毒過度表達系統(tǒng)評估制瘤素M(OSM)和IL-6對博來霉素誘導的C57BL/6小鼠肺損傷和肉芽腫的影響表明，體內OSM或IL-6的過度表達與替代性巨噬細胞聚集和對博來霉素的纖維化反應增加有關[34]。靶向Gp130細胞因子和巨噬細胞的替代編程可能是預防肺部成纖維的可行策略。

3.7 外泌體

外泌體由多種細胞分泌，并通過細胞膜表面上的信號分子以及通過調節(jié)細胞融合來參與細胞內通訊和物質運輸。Family with sequence similarity 13，member A(FAM13A)基因已被證明會影響肺功能，并參與一些經(jīng)常發(fā)生的慢性肺部疾病，例如慢性阻塞性肺疾病(COPD)，肺纖維化，肺癌和哮喘[35]，且FAM13A多態(tài)性被認為是影響IPF患者預后的因素。研究發(fā)現(xiàn)外泌體可以來自M2巨噬細胞，并且M2巨噬細胞衍生的外泌體可以將miR-328攜帶到肺間質成纖維細胞中。體外實驗證明，過表達miR-328的M2巨噬細胞衍生的外泌體有助于增強肺間質成纖維細胞增殖并促進PF。此外，體內實驗證實了過量表達miR-328的M2巨噬細胞衍生的外泌體對PF進展的促進作用，此外研究顯示過表達miR-328的M2巨噬細胞衍生的外泌體通過調節(jié)FAM13A加重PF[36]。雖然基于miR的療法仍處于起步階段，但上述研究結果表明，miR-328可被視為未來PF的潛在治療靶點。

4 中藥對M 2型巨噬細胞的調控

除了細胞因子等可以作為肺纖維化診斷和治療的靶點，在查閱文獻中也發(fā)現(xiàn)天然藥物[37]和中藥復方[38]也可以調控巨噬細胞的極化，雖然目前大多都是實驗研究，但天然藥物作為毒副作用小且有明顯效果，因而，天然藥物也是肺纖維化治療的中藥方面。

4.1 新對葉百部堿

百部為百部科植物直立百部Stemonɑsessilifoliɑ(Miq.)Miq.、蔓生百部S.jɑponicɑ(Bl.)Miq.和對葉百部S.tuberosɑLour.的干燥塊根，用于治療百日咳、哮喘、肺結核[39]。其主要活性成分為百部生物堿，有驅蟲、殺蟲、鎮(zhèn)咳平喘、抗腫瘤和抗菌等作用[40]。在小鼠肺纖維化中，在經(jīng)過百部治療組，小鼠肺組織膠原沉積、α-SMA和TGF-β的表達與模型組相比明顯下降，表明百部生物堿有抑制纖維化的作用[41]，經(jīng)過進一步的研究表明，百部可通過抑制巨噬細胞的募集和M2型巨噬細胞的極化而抑制博來霉素誘導的肺纖維化[42]。

表1 巨噬細胞的靶點在肺纖維化中的作用

4.2 槲皮素

槲皮素是一種黃酮類化合物，目前有100多種植物含有槲皮素[43]。槲皮素是一種生物活性黃酮醇，主要存在于大多可食用的植物性食物中。它主要具有抗氧化、抗癌的作用[44]。槲皮素給藥改善了肺纖維化，其表現(xiàn)為羥脯氨酸、纖連蛋白、α-平滑肌肌動蛋白、I型膠原和III型膠原的表達水平變化[45]。有研究表明，在阻塞性腎疾病中，槲皮素的給藥可抑制腎小管間質損傷，并減少炎癥因子的合成和釋放。槲皮素還通過拮抗TGF-β1/Smad2/3信號轉導，抑制M2巨噬細胞的極化，并減少細胞外基質的過度積累和間質纖維化。槲皮素通過調節(jié)巨噬細胞極化改善了腎臟損傷，并且可能對患有腎臟損傷的患者具有治療潛力[46]。

4.3 百里醌

黑種草子(Semen Nigellɑe)為毛茛科植物瘤果黑種草(NigellɑglɑnduliferɑFreyn et Sint)的干燥成熟種子。具有補腎健腦、通經(jīng)、通乳、利尿之功效[39]。現(xiàn)代藥理研究發(fā)現(xiàn)其具有抗腫瘤、鎮(zhèn)咳、鎮(zhèn)痛、抗炎、抗氧化、抗血小板聚集、抗菌等功效[47]。百里醌(thymoquinone，TQ)是黑種草子中的活性成分，具有抗腫瘤增殖和轉移等作用[48]，在肺纖維化中，百里醌可以通過調節(jié)TGF-β1和IL-10以及下調肺組織中的iNOS來改善博來霉素誘導的肺纖維化[49]。有研究表明，百里醌在干預M2型巨噬細胞極化中，抑制Arg1在基因和蛋白水平的表達，同時提高iNOS的表達，暗示著百里醌可逆轉M2表型，使巨噬細胞表型向M1型極化[50]，來改善肺纖維化。

5 結語與展望

綜上所述，巨噬細胞在肺纖維化中扮演著重要的角色，在肺纖維化不同的階段極化出M1和M2兩種不同表型，M1型巨噬細胞在抗炎中起到重要作用，M2型巨噬細胞通過分泌大量的促纖維化可溶性介質、趨化因子和基質金屬蛋白酶介導纖維化的發(fā)生發(fā)展，分泌的這些因子也是治療肺纖維化的靶標，同時M2型巨噬細胞表達的內容也可作為臨床診斷纖維化的標志物。在目前肺纖維化的研究中，研究肺泡巨噬細胞在肺纖維化中的作用的分子機制比較少，且臨床上現(xiàn)有的治療肺纖維化的藥物(如吡非尼酮、尼達尼布等)，對肺纖維化的治療起到延緩作用且副作用較大。因此，研究巨噬細胞極化在肺纖維化中涉及的分子生物學層面和中藥調控巨噬細胞極化方面以治療纖維化的機制是非常有必要的，為調控巨噬細胞的極化以減輕肺纖維化和中藥通過調控巨噬細胞治療肺纖維化治療提供新的思路。