巨噬細胞與糖尿病的研究進展

張憲 劉曉穎

DM是一種代謝綜合征，是以高血糖為特征的低度全身性炎癥，可導致老年人全因死亡率增加。T2DM被認為是一種自身炎癥性疾病，這部分病人的胰島存在炎癥反應，表現為淀粉樣蛋白沉積、纖維化、B細胞死亡增加、巨噬細胞浸潤以及炎癥和趨化因子水平升高［1］，巨噬細胞在其中發揮了巨大作用。在T2DM病人和大多數DM動物模型中已經觀察到有胰島相關性巨噬細胞增多。高脂喂養的小鼠模型在DM發生前，即可檢測到胰島中的巨噬細胞數量有不同程度的增加［2］。

巨噬細胞是固有免疫細胞，廣泛存在于人體各組織中，其能夠根據局部微環境的變化，調整表型以適應功能特性的能力，稱為可塑性［3］。根據刺激物的不同，巨噬細胞分為經典活化巨噬細胞（M1型）和替代活化巨噬細胞（M2型）。M1型具有促炎作用，M2型具有抗炎和免疫調節作用。這兩種巨噬細胞的相繼出現可以保護機體免受病原體入侵并且在恰當的時機終止炎癥并修復組織［4］。在DM病人體內，M1巨噬細胞極化和促炎細胞因子表達增加，而M2巨噬細胞極化和抗炎細胞因子表達降低。其中M1／M2巨噬細胞的比例失調在糖尿病腎病（DN）、糖尿病心肌病、糖尿病神經病變（DPN）等疾病中發揮主要作用。在DM病人中，由于M1型巨噬細胞占主導地位，處于促炎狀態，分泌IL?1β、TNF?α和單核細胞趨化蛋白?1（MCP?1）等促炎性細胞因子，導致炎癥浸潤，其中IL?1β通過激活NF?κB通路和其他炎癥介質，如TNF?α和IL?1β本身，產生一個“正反饋”，使越來越多的炎癥介質和細胞被激活，長時間后形成纖維化，參與腎功能衰竭、心力衰竭、神經傳導障礙等病理過程。另外，組織炎癥可能不僅僅是細胞衰竭和胰島素抵抗的基礎，也可直接參與DN、視網膜病變和心血管疾病的發病過程。

1 巨噬細胞與DN

DN仍然是目前DM最嚴重的并發癥之一，也是老年人終末期腎病的主要原因。DM病人的腎臟活檢分析證實，DN各階段腎小球和腎間質中均存在巨噬細胞，說明巨噬細胞和腎臟炎癥與DN有關。王東等［5］的研究顯示，DM的高糖環境通過激活NF?κB信號通路，產生大量炎癥因子，促進巨噬細胞遷移、活化和聚集，引發腎損傷，參與腎臟疾病的進展。也有研究表明，發生DN時，巨噬細胞不僅參與炎癥反應，而且炎癥浸潤的強度與隨后腎功能下降的速率呈正比［6］。巨噬細胞的聚集激活引起腎小球和腎小管損傷、蛋白尿、血漿肌酐升高、腎臟纖維化和巨噬細胞趨化因子的腎臟表達［7］。老年DM病人血糖波動較大，可引發巨噬細胞糖酵解和M1極化，從而引起炎癥因子的釋放，這些作用與DN的惡化密切相關。

巨噬細胞也是TNF?α的重要來源。動物實驗已經證實，DN動物腎臟中的TNF?α水平升高，且條件敲除巨噬細胞中的TNF?α，DN誘導模型中TNF?α表達被完全阻斷，說明TNF?α在DN的發展中發揮著關鍵作用［8?9］。M1與DN的發生發展有相關性，研究已經證明，巨噬細胞環氧合酶?2（Cox?2）缺失的小鼠，表現為M1極化增加，并參與腎臟損傷［10］。DN向腎衰竭進展的關鍵是腎臟纖維化，DN病人腎皮質間質纖維化分級與活檢時的血清肌酐濃度呈正相關。由于細胞成分的改變和巨噬細胞的增加，促使間質纖維膠原蛋白增多，因此，巨噬細胞作為纖維化誘導劑，在DN纖維化的發生和進展中的作用也不可忽視。通過使用能夠減少巨噬細胞在DM病人腎臟中積累的藥物，減少巨噬細胞的募集，改善腎功能和腎臟纖維化，對DN的治療有指導意義［7］。相關動物模型也顯示，通過巨噬細胞的消耗和（或）破壞巨噬細胞募集，可以減少腎臟中巨噬細胞的積累，從而減輕腎臟損傷［11］，推測靶向調節巨噬細胞可能是抑制DN進展的新療法。巨噬細胞有機會成為人類腎臟疾病的治療靶點或工具。

2 巨噬細胞在糖尿病心肌病中的作用

糖尿病心肌病最初的特征是心肌細胞纖維化、心臟重塑和相關的舒張功能障礙，隨后是收縮功能障礙，并最終發展為心力衰竭。糖尿病心肌病的發病率很高。有研究發現，在相關致病因素已被控制的情況下，將DM作為唯一變量，仍能觀察到DM病人心力衰竭的發生率升高，男性和女性心力衰竭的發生率分別是非DM組的2倍和5倍［12］。而在老年T2DM病人中，心力衰竭的發生率比非DM者高近2倍［13］。應用心臟彩色多普勒超聲檢查發現，在T1DM或T2DM病人中，心臟舒張功能障礙的檢出率為40%～75%［14］，這些病人最終都會進展為心力衰竭。

巨噬細胞是穩定狀態下駐留在心臟組織中的主要免疫細胞。DM病人體內的高糖及慢性炎癥環境，使巨噬細胞除了數量增多外，M1型與M2型的比例也會失調。由于M1型巨噬細胞明顯增多，使心肌細胞處于促炎狀態，導致心肌細胞肥大以及心肌間質纖維化，加重心臟重塑，最終走向凋亡。在糖尿病心肌病中，經常觀察到心肌纖維化增加，進而影響心臟收縮和舒張功能，出現失代償表現。高糖狀態下，病人的巨噬細胞中可觀察到顯著增加的IL?1β和TNF?α［15］，而且M1型巨噬細胞更易受到蛋白質糖化和晚期糖基化終產物（AGE）的影響［16］，進一步激活NF?κB信號通路，形成“正反饋”，產生大量的促炎介質，進而加重DM病人心肌的炎癥損傷，使心功能惡化［14］。在骨形態發生蛋白（BMP）?7（一種單核細胞極化的新介質）存在的情況下，浸潤的單核細胞會極化成有益的M2巨噬細胞。相關研究顯示，M2巨噬細胞可通過分泌IL?10來減輕炎癥反應，從而抑制炎癥并保護DM前期心臟，減少心肌細胞凋亡、纖維化和心臟功能障礙，這是糖尿病心肌病的其中一種治療方向［17］。

3 巨噬細胞在DPN中的作用

DPN可累及感覺、自主和運動神經系統，其發病機制與微循環障礙、代謝紊亂、營養缺乏等多因素有關。DPN患病率約為30%，多達50%的DM病人最終會在其病程中發展為DPN［18］。DPN引起的不可逆性神經纖維損傷會引發肢體疼痛、心律失常、血管動力學異常及胃輕癱，嚴重影響病人的生活質量和幸福指數，甚至引發抑郁。其中慢性疼痛在DPN中的治療十分困難，最終可能發展為持續疼痛狀態。

研究者推測，某種巨噬細胞可以浸潤到脊髓中，增加DM引起的痛覺異常，加重DPN的疼痛進展［19］。巨噬細胞炎癥蛋白?1（MIP?1）家族、趨化因子3（CCL3）和CCL9可能是參與DPN發展的重要因素，趨化因子受體（CCR1）的藥理學阻斷與嗎啡聯合給藥可能是治療DPN的一種新方法［20］。

巨噬細胞極化與DPN也存在相關性。通過流式細胞術測試M1比率，將CD11c和誘導型一氧化氮合酶（iNOS）作為M1巨噬細胞的標記物，結果發現與DM病人相比，DPN病人中CD11c和iNOS的表達顯著上調，提示M1巨噬細胞極化可能與DPN的進展有關［21］。最近的一項研究表明，M1巨噬細胞極化也增加了TNF?α、IL?1β和IL?6的水平［22］，進一步加重DPN發展。在炎癥反應中，巨噬細胞遷移抑制因子（MIF）可以引起巨噬細胞停滯，使得TNF?α和IL?6與基礎循環濃度下的其他細胞因子相比升高1000倍，進而引起相應的促炎反應，加重全身的低度炎癥。DM病人高血糖的情況下，積累的AGE會破壞表皮內神經纖維（IENF）而引起疼痛［23］。正常情況下，乙二醛酶Ⅰ（GLO?Ⅰ）存在的乙二醛酶系統對AGE的前體有解毒作用，進而可以減少體內的AGE來減輕疼痛。該觀點在野生型DM與敲掉GLO?IDM誘導型小鼠的模型中已經得到證實，并且證明GLO?Ⅰ可以預防DPN［24］。同樣MIF也可以通過抑制GLO?Ⅰ導致DPN疼痛加重［25］。Ren等［26］研 究 發 現，HCG18／miR?146a／TRAF6軸在DPN進展中至關重要，認為HCG18基因可能是DPN的一個潛在治療靶點。

4 巨噬細胞與肥胖在DM中的作用

肥胖作為主要的健康問題之一，與高血壓、心臟病、腦血管病、代謝綜合征甚至腫瘤等疾病有關，特別是與DM的關系尤為密切。肥胖不僅與T2DM的發病機制有關，還會促進DM合并癥發生。腹型肥胖與全身低度炎癥相關，在脂肪組織、肝臟、肌肉和胰腺中均觀察到了巨噬細胞和其他免疫細胞的浸潤［27］。在肥胖和DM的動物模型中以及代謝綜合征或T2DM的肥胖者身上，也可以觀察到巨噬細胞在組織中增多［28］。這些低度炎癥與細胞群從抗炎到促炎的轉變有關，會導致胰島素抵抗和代謝紊亂［27］。

脂肪組織可以通過分泌細胞因子調節代謝，浸潤免疫細胞，促進炎癥。而炎癥又是維持肥胖、促進胰島素抵抗和代謝綜合征的主要驅動因素。脂肪組織中的巨噬細胞參與協調炎癥的過程。巨噬細胞具有可塑性，可以快速適應微環境變化，當營養攝入過量時，脂肪細胞從多聚代謝轉變為生成代謝。然而，當胰島素抵抗導致脂肪生成受損時，脂肪組織被促炎巨噬細胞浸潤，導致脂肪因子和促炎介質的過量產生，其中就包括了TNF?α、IL?1β和IL?6等，引起代謝功能障礙。

肥胖導致巨噬細胞在小鼠和人類的脂肪組織中滲透，同時巨噬細胞發生極化，從以M2型為主轉為以M1型為主。肥大的脂肪細胞本身會產生促炎細胞因子和趨化因子，導致巨噬細胞募集，而脂肪組織中的巨噬細胞又反過來對促炎狀態發揮作用，巨噬細胞的聚集與肥胖程度相關，并與全身炎癥、胰島素抵抗、代謝綜合征有關。體質量減輕可使脂肪組織巨噬細胞數量減少，相應的促炎標志物的表達也減少。因此，肥胖誘導的脂肪組織巨噬細胞的募集和激活在胰島素抵抗和T2DM的發病機制中起著關鍵作用。一些動物模型表明，運動訓練可能會誘導脂肪組織中M1巨噬細胞向M2巨噬細胞的表型轉換［29］。通過藥物或營養干預阻斷促炎巨噬細胞極化也是治療肥胖的一種策略。McArdle等［30］發現膳食脂肪酸，維生素C、D和E以及多酚是巨噬細胞促炎特性的調節劑。降糖藥物中的鈉?葡萄糖協同轉運蛋白（SGLT）2抑制劑也可以通過調節巨噬細胞募集和M1／M2狀態在肥胖誘導的脂肪組織炎癥和胰島素抵抗中起關鍵作用［31］。研究表明，線粒體ROS依賴的Fgr復合物Ⅱ激活，對誘導巨噬細胞代謝重組至關重要，與促炎激活相關［32］。線粒體ROS?Fgr?復合物Ⅱ軸作為調節促炎巨噬細胞激活的潛在靶點，可以減輕炎癥驅動性肥胖和其他有害過程，有望成為治療DM的一種新思路。

綜上所述，中國老年人DM患病率高，并發癥多，較難治愈，影響老年人的晚年生活質量。巨噬細胞與DM關系密切，其在體內的變化可以預測DM前期的發生，及早的干預有助于延緩病情，延長病人壽命。巨噬細胞通過極化、促進體內慢性炎癥狀態進一步促進DM的發展，在DM中的作用不可忽視。從巨噬細胞及免疫微環境角度來控制DM的發生發展，針對巨噬細胞表型進行干預，將M1型巨噬細胞的促炎狀態誘導為M2型的抗炎狀態，可能是阻止DM及其并發癥的一個新方向。