肺泡巨噬細胞在慢性肺疾病中作用的研究進展①

金鈺瑩 周佳旭 高 歌 延光海③ 崔 弘 （延邊大學醫學院功能學實驗教學中心，延吉 133002）

近年來，慢性肺疾病被認為是嚴重的公共衛生問題，已成為導致患者死亡的主要原因。盡管相關治療方法不斷被研發，但患者的生活質量低，患肺癌的風險率也在世界范圍內不斷上升。多種因素可導致慢性肺疾病，如吸煙（直接或間接吸入），灰塵，空氣污染和化學煙霧等［1］。研究人員發現肺泡巨噬細胞（alveolar macrophage，AMs）作為肺部抵御外來入侵的第一道屏障，在慢性肺病的發生和發展過程中非常重要。由于慢性肺病的異質性和有限的治療選擇，需進一步了解疾病病理生理學背后的細胞和分子機制。因此，本文簡單論述了近些年AMs 在慢性肺疾病中的研究進展，以期為干預慢性肺部疾病提供指導。

1 AMs

1.1 AMs的來源 AMs起源于胚胎前體，在穩定狀態下，以響應粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony-stimulating factor，GM-CSF）傳導的機制，AMs 亞群在原位增殖，通過局部自我更新維持細胞庫。在炎癥狀態下，機體中紅細胞-髓樣祖細胞（erythro-myeloid progenitors，EMP）產生的前巨噬細胞在肺泡腔中迅速聚集進入炎癥部位，參與炎癥調節反應［2］。

1.2 AMs 的形態 AMs 是氣道和肺部的常駐巨噬細胞，位于細支氣管肺泡空間的肺泡上皮表面。不同時期AMs 的形態有所不同：正常AMs 的微絨毛均勻分布在細胞表面，細胞質體積較大并伴有大量溶酶體、吞噬體和酶。在急性炎癥期間，AMs 直徑增至約12 μm，并伴有大量過氧化物酶。在慢性進展期間，AMs 進一步增大和成熟，細胞質膜不規則，細胞核呈葉狀，直徑增長至14～40 μm［3］。AMs 代表了肺表面活性物質穩態、肺宿主防御和組織耐受性的重要細胞類型。

1.3 AMs 的作用 首先AMs 在肺穩定條件下具有抗炎作用，由于AMs 處于肺泡管腔中的暴露位置，并且氣體交換發生在肺泡-毛細血管膜上［4］。導致AMs 產生胞吞作用：將氣道中的微生物，死細胞和其他空氣傳播的顆粒有效清除，有利于持續維持氧氣攝取。AMs 在肺泡空間內表現出抗炎活性，防止死細胞在肺泡中引發炎癥或免疫反應。此外，胞吞作用促進AMs 分泌抗炎因子，如血小板活化因子（platelet activating factor，PAF）、前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）、轉化生長因子β（transforming growth factor-β，TGF-β），進一步抑制炎癥反應。同時，AMs 在肺中具有促炎作用，其分泌IL-1β、IL-6、趨化因子18（chemokine ligand 18，CCL18）和血小板衍生生長因子（platelet derived growth factor，PDGF）和巨噬細胞炎性蛋白-1α（macrophage inflammatory protein-1α，MIP-1α）等促炎癥因子的過度產生會引發炎癥性肺病，如急性肺損傷、哮喘和慢性阻塞性肺 疾 ?。╟hronic obstructive pulmonary diseases，COPD）。因此，AMs 分泌的介質應進行嚴格調控以維持肺內穩態。此外，AMs 還部分通過內化和分解代謝肺表面活性劑來維持肺穩態，這對肺生物力學和免疫至關重要［5］。

2 AMs的極化反應

作為處于動態平衡狀態的一類細胞，像其他組織駐留細胞一樣，AMs 可以通過細胞極化反應改變其表型和功能對其微環境中的刺激或細胞因子信號做出反應，表達顯著的可塑性、異質性。AMs 可被描述為經典活化的巨噬細胞（M1）和交替活化的巨噬細胞（M2），AMs表型根據細胞表面標志物的表達、特定因子的產生和生物活性方面的不同而存在差異性（詳見圖1）。

圖1 AMs極化相關模式圖Fig.1 Pattern diagram of polarization correlation of AMs

脂多糖（lipopoiysaccharide，LPS）、干擾素（interferon-γ，IFN-γ）、腫瘤壞死因子（tumor necrosis gactor-α，TNF-α）、IL-1β 和IL-6 誘導巨噬細胞成為M1表型。M1 巨噬細胞主要產生細胞因子IL-12、IL-23、一氧化氮（nitric oxide，NO）和誘導型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）［6］。在功能上，M1 巨噬細胞具有強大的促炎作用，常與Th1 免疫反應相關聯參與促炎反應。并且M1 巨噬細胞具有強大的抗微生物和抗腫瘤活性，MATEU-JIMENEZ 等［7］發現在肺癌患者的腫瘤標本中，M1 巨噬細胞水平和M1/M2 的比例降低。M1 巨噬細胞還具有較強的吞噬病原微生物及抗原呈遞能力，但其不受調控的過度產生可導致機體組織損傷并引發炎癥反應［8］。

Th2 細胞因子（IL-4、IL-10、IL-13)，還有糖皮質激素，免疫復合物Toll 樣受體（Toll-like receptors，TLR）可誘導巨噬細胞成為M2 表型［9］。此外，轉錄因子和其他細胞內蛋白質，如結節性硬化復合物1（tuberous sclerosis complex 1，TSC1），轉錄激活因子7（activating transcription factor 7，ATF7），STIP1 同源性和包含U-Box 的蛋白質1（STIP1 homologous and U box containing protein 1，STUB1），干擾素調節因子（interferon regulatory factors，IRF）4，也都參與M2 巨噬細胞的極化［10］。M2巨噬細胞的功能包括抗炎、組織再生和修復、血管生成和免疫調節。通過分泌抗炎細胞因子IL-10、TGF-β、血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）促進炎癥緩解和傷口愈合。ZHAO 等［11］發現STAT/IRF 信號通路在硅肺發病過程中參與調節巨噬細胞極化，并且IL-10 在二氧化硅暴露14 d 后表達持續增加。但是M2巨噬細胞過度產生導致促纖維化因子分泌過多。ZHU等［12］在博萊霉素誘導的小鼠肺纖維化模型中，觀察到TGF-β 水平增加和TGF-β/Smad2 信號激活增強，巨噬細胞被招募到肺泡，過度激活M2 巨噬細胞。

3 AMs與慢性肺疾病

3.1 肺纖維化 肺纖維化是一種病因未知的慢性、進行性和不可逆的纖維化肺病，主要病理特點是細胞外基質的過度沉積，從而導致肺靜態順應性降低，氣體交換中斷，最終導致呼吸衰竭和死亡［13］。肺纖維化在診斷后3～5 年內病死率接近50%，雖然這種疾病的起源尚不清楚，但已經確定了幾個影響肺纖維化的危險因素，包括吸煙、慢性病毒感染、胃食管反流和遺傳易感性［14］。

AMs 在肺纖維化的發生和發展中起重要作用。M1巨噬細胞分泌細胞因子TNF-α，有利于修復肺泡上皮細胞的損傷、減緩肺纖維化。但是盡管急性肺損傷和持續性炎癥涉及M1 巨噬細胞的夸大反應，慢性疾?。ㄈ缋w維化和癌癥）的發展主要是M2 巨噬細胞過度反應的結果。M2 巨噬細胞通過肺巨噬細胞的“吞噬-分泌-免疫作用”漸進式網絡調節模式，激活M2 巨噬細胞過度產生纖維化介質如TGF-β 和PDGF，進一步激活信號轉導途徑，促進成纖維細胞在損傷區域的積累、增殖和活化，從而加速導致細胞外基質沉積過多，以及肺組織結構扭曲，最終導致肺纖維化和呼吸衰竭［15］。因此，調節M2 巨噬細胞和靶向TGF-β 信號被認為是針對肺纖維化的一種治療策略，YAO等［16］研究發現，C/EBP同源蛋白可以調節M2 巨噬細胞的生成和TGF-β 信號傳導參與肺纖維化的發病機制。此外，YANG 等［17］研究發現，在博萊霉素或蠕蟲誘導的肺纖維化中，通過CC 趨化因子2（CC chemokine ligand 2，CCL2）/趨化因子受體2（CC chemokine receptor 2，CCR2）募集纖維細胞并活化M2 巨噬細胞，產生過多的細胞外基質，觸發肺纖維化。M1和M2巨噬細胞的極化相互作用并影響疾病的持續時間和嚴重程度。CHANG 等［18］開發了一種新的內源性細胞靶向納米平臺，通過調節M1/M2 巨噬細胞進入平衡狀態來抑制成纖維細胞過度激活，從而提高肺纖維化的治療效果。因此，旨在調節AMs 表型的策略可能具有在臨床環境中預防和治療肺纖維化的巨大潛力。

3.2 哮喘 哮喘是一種具有復雜異質性但最常見的呼吸系統疾病之一，影響全球兒童和成人，其潛在的發病機制尚不清楚。哮喘的特征在于慢性炎癥：支氣管發炎和變窄，從而導致氣流阻塞，哮喘發作。支氣管狹窄的典型誘因不僅包括過敏原，還包括刺激性化學物質，冷空氣和運動。黏液分泌增加或者氣道壁增厚也會導致氣管腔道變窄，進一步導致呼吸急促，喘鳴，咳嗽和胸悶［19］。各種哮喘表型在癥狀形成的原因和機制上各不相同，因此癥狀和惡化的嚴重程度及頻率也各不相同。

由于哮喘的特點是氣道高反應性和呼吸短促，因此為了解決潛在的慢性炎癥，哮喘患者會接受免疫抑制性糖皮質激素治療，例如可的松。此外，這種治療可減少AMs 中的氧化應激并且增加M2 巨噬細胞所釋放的IL-10 細胞因子，極大程度改變了哮喘的發展進程。IL-10 是一種有效的免疫抑制細胞因子，通過抑制巨噬細胞CD80、CD86還有主要組織相容性復合體Ⅱ（major histocompatibility complexⅡ，MHCⅡ）的表達，增加與其自身受體的相互作用，進一步抑制單核細胞和巨噬細胞向T 細胞呈遞抗原的能力和促炎性細胞因子IL-12、IL-1β和TNF-α的分泌，最終抑制了Th1反應激活，減緩哮喘疾病的進程［20］。糖皮質激素的使用也增強了IL-4 驅動M2巨噬細胞產生CCL18。蛋白質微陣列分析顯示哮喘患者痰中CCL18 水平升高，并且與哮喘患者痰中嗜酸性粒細胞的百分比相關。CCL18 也可以導致Th2細胞和嗜堿性粒細胞的募集，并誘導嗜堿性粒細胞釋放組胺和細胞內鈣，減緩哮喘病癥加重［21］。HUOMAN 等［22］研究發現，在1 歲或8 歲哮喘兒童中CCL18 分泌水平升高。M2 巨噬細胞在哮喘中具有重要作用，針對M2 巨噬細胞的發育和功能的藥物干預是哮喘治療中一種有前景的方法，BECERRADíAZ 等［23］研究發現，雄性激素可增加M2 巨噬細胞極化的能力，可為治療哮喘的提供新的治療方向。

3.3 COPD COPD 是一種涉及氣道和肺實質的肺部慢性炎癥疾病，并具有持續性、進行性和不可逆的氣道阻塞［24］。COPD 的特征是持續的氣流受限，并進一步發展為肺心病和呼吸衰竭等常見疾病。眾所周知，COPD 是由吸入的有毒氣體和顆粒引發的。在發達國家吸煙是引發COPD 的主要原因，在發展中國家，生物量暴露是引發COPD 的主要原因。因此，COPD 成為全世界高發病率和高病死率的主要疾病之一，給社會造成了重大的經濟和社會負擔［25］。

在COPD 患者中AMs處理和清除肺部顆粒方面發揮著核心作用。單核細胞在單核細胞選擇性CCL2 和CXC 趨 化 因 子 配 體1（CXC chemokine ligand 1，CXCL1）的響應下募集增加，進一步導致COPD 患者的痰液和支氣管肺泡灌洗液（bronchoalveolar lavage fluid，BALF）中 巨 噬 細 胞 的 水 平 增加［26］。極化后的M1、M2 巨噬細胞也參與了COPD的發病過程：M1 巨噬細胞的吞噬能力和Th1 的抗原呈遞特性，可產生多種Th1 細胞因子，例如IL-1β、IL-6、IL-12 和TNF-α。HUANG 等［27］研究發現，香煙誘導的COPD 模型中，激活Notch 信號通路，并進一步使巨噬細胞的極性向M1 表型轉移，IL-6、TNF-α和活性氧水平增加。相反，在面對外來顆粒物和微生物暴露，由Th2細胞因子誘導的M2巨噬細胞過度表達精氨酸酶-1（arginase-1，Arg-1）、IRF4 和甘露糖受體CD206并釋放TGF-β，導致肌成纖維細胞活化、平滑肌增生及異常組織修復［28］。HAN 等［29］研究發現，電子香煙暴露可增強COPD 小鼠的氣道擴張、黏液分泌和纖維生成，這與M2 巨噬細胞表型增加有關。并且持續接觸香煙煙霧或生物質會顯著消耗細胞內的抗氧化劑，如谷胱甘肽，導致過度氧化應激，從而抑制AMs 的細菌吞噬和細胞吞噬功能［30］。因此，COPD 中的AMs 會產生更多的促炎因子，導致組織損傷，以及AMs 吞噬功能的缺陷，共同影響COPD的進展。

3.4 硅肺 硅肺是一種眾所周知的典型塵肺，由結晶游離性二氧化硅粉塵（直徑＜10 μm 的顆粒）吸入和沉積引起的硅結節和彌漫性肺纖維化疾病。決定患硅肺風險的關鍵因素包括終生累積暴露、吸入的二氧化硅總量和個體易感性。硅肺患者伴有不同的呼吸道癥狀，如咳嗽、氣短、胸悶、發熱和胸膜炎性疼痛等癥狀。目前硅肺是嚴重威脅工人身心健康的公共衛生問題，并且是全世界最重要的職業病之一［31］。

在臨床試驗中，全肺灌洗術可有效清除患者肺泡腔中的二氧化硅，清除小部分肺間質內雜質，其收集的BALF 中含有90%以上的AMs，有效改善硅肺患者的呼吸功能。AMs 的吞噬作用有效防止二氧化硅的侵襲，在AMs 的吞噬過程中酶不斷地滲入細胞質，最終被其溶酶體降解。二氧化硅將被AMs吞噬，結果導致AMs 分解、壞死或凋亡。其中，AMs凋亡是二氧化硅誘發纖維化的一種重要發病機制。凋亡性AMs 分泌大量炎癥因子，由于吞噬作用失敗或凋亡性AMs 清除異常而導致AMs 凋亡水平逐漸升高，并進一步引起炎癥聯級。隨后，肺成纖維細胞的增殖、活化和遷移合成并分泌膠原蛋白，最終導致硅肺纖維化［32］。ZHAO 等［33］研究發現，AMs 的凋亡水平與自噬有關，在硅肺大鼠模型的肺組織中觀察到異常自噬活動。AMs 溶酶體逐漸減少，而AMs 自噬體增加。TAN 等［34］研究發現，海藻糖通過保護人硅肺AMs 自噬溶酶體系統減輕細胞凋亡。總體而言，在硅肺病進展的早期階段發生的細胞凋亡反應具有補償功能，可去除受損細胞并清除炎癥，從而導致肺組織重塑。但是，隨著AMs 細胞凋亡的持續增加，可能導致硅肺病的進一步惡化。

3.5 肺結核 結核分枝桿菌（M.tuberculosis，Mtb）引起的肺結核（tuberculosis，TB）是世界范圍內致命的傳染病之一。Mtb 是一種細胞內病原體，具有復雜的細胞壁，由長鏈脂肪酸、糖脂、肽聚糖和蛋白質組成，通過吸入含有細菌的霧化飛沫傳播。Mtb 與人類共存了數萬年，即使面對過多的宿主抗菌效應機制，仍舊持續存在。因此，Mtb 繼續帶來毀滅性的發病率和病死率，僅在2015 年就造成180 萬人死亡，并潛伏感染了大約世界人口的25%［35］。

AMs 在分枝桿菌的發病機制中起著核心作用，在早期和慢性感染期間的主要細胞生態位。AMs通過多種機制消除Mtb，包括產生氧和氮成分、細胞因子、吞噬體酸化和自噬細胞內Mtb 等過程。當Mtb 生物體在肺泡空間中播種，它們將被AMs 吞噬捕獲，同時維持較低的細胞活化狀態和遷移潛力。AMs 的吞噬能力是通過與不同的表面受體結合，例如補體受體（complement recetor，CR）、表面活性劑分子、DC-SIGN（DC-specific ICAM-3 grabbing non-integrin，CD209）和甘露糖受體（mannose receptor，MR）等，有助于組織修復、炎癥消退、免疫耐受誘導以及防止過度炎癥［36］。AMs 表達多種模式識別受體，包括TLR、C 型凝集素受體（C-type lectin-like receptor，CLEC）和Nod 樣受體（NOD-like receptors，NLR）。GUPTA 等［37］研究證明，生物脂蛋白激活人和小鼠AMs 上的TLR2 可以殺死細胞內Mtb。WAGGENER等［38］研究證明，脾酪氨酸激酶（spleen tyrosine kinase，SYK）/胱天蛋白酶募集域蛋白9（caspase recruitment domain protein 9，CARD9）信號通路的受體有助于抗分枝桿菌防御。樹突狀細胞相關性C型植物血凝素1（dendritic cell-associated C-type lectin-1，Dectin-1）通過銜接子CARD9分子發出信號，一旦充分激活，鼠類實驗系統以及結核病患者中的AMs 產生NO，有效殺死Mtb。

3.6 肺癌 在全球范圍內，肺癌是廣泛的具有臨床病理特征的異質性疾病。肺癌的生長、侵襲和轉移是一個復雜的動態過程，涉及腫瘤組織的內在遺傳異常及其與免疫系統的相互作用。肺腫瘤浸潤性免疫細胞中約66.7%由T 細胞和B 細胞組成，其余細胞由腫瘤相關巨噬細胞（tumour-associated macrophages，TAMs）以及少量浸潤性樹突狀細胞和天然細胞組成。

在肺癌中，TAMs 作為關鍵先天免疫細胞發揮著雙重作用。一方面，TAMs 可調節原發性腫瘤的生長、抗腫瘤適應性免疫反應、腫瘤血管生成、細胞外基質重塑、脈管系統內血管浸潤、轉移部位外滲，抑制腫瘤的生長。TAMs 代表了大部分腫瘤基質，并與微環境中的惡性細胞（成纖維細胞和血管內皮細胞）保持復雜的相互作用，從而腫瘤細胞和TAMs之間形成正反饋，影響癌癥的生長和轉移［39］。另一方面，小鼠肺組織內的間質巨噬細胞有助于TAMs的集合并支持體內腫瘤的生長，而單核細胞衍生的TAMs 則以轉移的形式促進腫瘤的發展［40］。TAMs以M2 表型巨噬細胞為主，表現出明顯的免疫抑制性IL-10和TGF-β細胞因子表達譜，以及較弱的抗原呈遞能力抑制Th1 免疫適應性。GUNASSEKARAN等［41］研究發現，在腫瘤微環境中將M2 型TAMs 重新編程為M1 巨噬細胞是癌癥治療的關鍵策略。利用M1 外顯體工程攜帶NF-κB p50 siRNA 和miR-511-3p，培養M1 細胞極化，將TAMs 重新編程為M1 巨噬細胞。M2 巨噬細胞進一步產生血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和環氧合酶2（cyclooxygenase-2，COX-2）衍生的PGE2，表明M2巨噬細胞為促腫瘤細胞［42］。

不同AMs 表型在慢性肺疾病中發揮的作用不同，M1 巨噬細胞主要分布于肺組織炎癥浸潤部位，促進炎癥反應。M2 型巨噬細胞在結節與纖維化部位大量存在，抵抗炎癥反應、促進組織修復和傷口愈合。但是M1/M2 巨噬細胞極化的不平衡會對各種疾病的發展產生不利影響。在早期炎癥發生時，M1 巨噬細胞分泌大量促炎因子，M1 巨噬細胞的過度增殖導致炎癥細胞浸潤、炎癥反應加重，引發哮喘。隨后，M1 巨噬細胞發生凋亡，吞噬病原微生物能力減弱，引發硅肺。在炎癥后期，巨噬細胞表型由M1轉變為M2，分泌大量抗炎因子，促進組織再生和修復、血管生成，M2 巨噬細胞過度產生纖維化介質，引發肺纖維化、COPD、肺癌。

4 展望

綜上所述，AMs 在肺部疾病中充當氣道炎癥的協調者，并積極參與每種慢性肺疾病的組織學特征的發展。更好地理解AMs 在慢性肺病中的機制，調節AMs 的極化反應和功能，并抑制炎癥性疾病的潛在進展，可能會指導開發出治療慢性肺疾病的新療法。