巨噬細胞極化在草酸鈣腎結石形成中作用及其影響因素的研究進展*

李衛勝， 張傳國， 李楊東， 何文強

（1河南中醫藥大學，河南 鄭州 450003；2河南中醫藥大學第一附屬醫院泌尿外科，河南 鄭州 450003；3新鄉醫學院第一附屬醫院泌尿外科，河南 衛輝 453100）

腎結石是泌尿外科多發性疾病，可造成腎功不全、腎萎縮和膿胸等并發癥，給患者帶來嚴重的經濟負擔[1-2］。草酸鈣（calcium oxalate， CaOx）腎結石的形成涉及活性氧（reactive oxygen species， ROS）產生增多、免疫炎癥反應和腎小管上皮損傷等病理過程[3］。既往研究證實，巨噬細胞的不同極化狀態能夠影響CaOx 腎結石形成[4］。M1 型巨噬細胞的過度激活會加劇腎臟組織的炎性損傷，與此有關的炎癥因子可促進CaOx 晶體的生成，如干擾素γ（interferon-γ，IFN-γ）、腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白細胞介素1β（interleukin-1β， IL-1β）等。與M1 型巨噬細胞不同的是，M2 型巨噬細胞主要通過吞噬晶體、分泌多種蛋白質和細胞因子如IL-4、IL-13、IL-10、轉化生長因子β（transforming growth factorβ， TGF-β）等，來減輕炎癥應激對腎小管上皮的損傷，促進腎臟組織的修復或再生，從而阻止CaOx 腎結石的形成。對調控巨噬細胞極化防治CaOx 腎結石的深入研究顯示，巨噬細胞極化相關基因CXCL-14，以及人第11 號染色體上與消除ROS 有關的沉默信息調控因子3（silent information regulator 3，Sirt3）基因的過表達，能夠誘導巨噬細胞發生M2 型極化，繼而抑制CaOx 晶體的沉積[5-6］。本文從MPP 的調控機制及其功能、巨噬細胞極化與CaOx 腎結石發生機制的聯系、特異性調控M1 或M2 型巨噬細胞極化防治CaOx 腎結石的機制進行綜述，為CaOx 腎結石的特異性防治研究提供參考。

1 巨噬細胞極化的概述

巨噬細胞主要參與炎癥調節、吞噬并殺傷入侵的病原微生物以及清除其他外源性異物等。在以上過程中，巨噬細胞的極化狀態起到關鍵作用。巨噬細胞極化是巨噬細胞被體內外不同的微環境因子刺激，分化為表型及功能不一的M1 或M2 型巨噬細胞的現象，能夠影響疾病的發生、發展和轉歸，如減輕炎癥損傷、抑制腫瘤微環境等[7-8］。

M1 型巨噬細胞通過釋放ROS、一氧化氮（nitric oxide， NO）和溶酶體酶參與病原體的殺傷和清除，分泌單核細胞趨化蛋白1（monocyte chemotactic protein-1， MCP-1）、IL-8、IL-6、TNF-α 等促炎細胞因子來引發炎癥反應。不同的是，M2 型巨噬細胞通過釋放TGF-β、IL-10等抗炎細胞因子減輕炎癥應激，分泌血小板源性生長因子（platelet-derived growth factor，PDGF）、血管內皮生長因子（vascular endothlial growth factor， VEGF）、成纖維細胞生長因子（fibroblast growth factor， FGF）等促進血管形成、加速組織修復和創傷部位愈合[8-10］，詳細分類和功能見圖1。

Figure 1. Regulation， classification and function of macrophage polarization. IFN： interferon； TNF： tumor necrosis factor； LPS： lipopolysaccharide； IL： interleukin； TGF： transforming growth factor； IC： immune complex； TLR： Toll-like receptor； IL-1R： interleukin-1 receptor； Arg-1： arginase-1； iNOS： inducible nitric oxide synthase； CHI3L3： chitinase 3-like protein 3； PTX3： pentraxin 3.圖1 巨噬細胞極化的調控、分類和功能

1.1 M1 型巨噬細胞極化的調控機制 M1 型巨噬細胞主要受脂多糖（lipopolysaccharide， LPS）、IL-1β、IL-6、TNF-α 和IFN-γ 等細胞因子的調控。這些細胞因子通過結合不同受體，如Toll 樣受體（Toll-like receptors， TLRs），激活細胞內下游信號通路，從而促進M1 型極化、分泌和增殖。TLRs 是較為重要的細胞因子受體，且TLR2和TLR4與M1型巨噬細胞的關系最為密切。LPS 和病原相關分子模式（pathogenassociated molecular pattern， PAMP）分別與TLR2 和TLR4 相結合，都通過誘導干擾素β 的含TIR 結構域街接蛋白（TIR domain-containing adaptor inducing interferon β， TRIF）和髓樣分化因子88（myeloid differentiation factor 88， MyD88）信號通路促使一系列核因子進入細胞核，如核因子κB（nuclear factor-κB， NFκB）、干擾素調節因子3（interferon regulatory factor 3，IRF3）、活化蛋白1（activator protein-1， AP-1）等，從而調控DNA 的轉錄，增加M1 型巨噬細胞分泌IL-1β、TNF-α、IFN-γ等炎癥因子[10-11］，詳見圖2。

Figure 2. Regulatory mechanisms of M1 macrophage polarization. Toll-like receptor 1（TLR1） and TLR6， which act as chaperone proteins for TLR2， emerge as key participants in this intricate process of the regulatory mechanisms that govern the polarization of M1 macrophages. In addition， TLR4 is a chaperone protein for myeloid differentiation protein 2（MD2）. TIR domain-containing adaptor-inducing interferon （TRIF） and myeloid differentiation factor 88 （MyD88） signaling pathways are initiated by the coordinated activation of TLR2 and TLR4， which significantly affects DNA transcription through nuclear factors. The biological activities of M1 macrophages and their polarization are ultimately regulated by these complex regulatory networks. Notably， the interplay between the transcription factors interferon regulatory factor 1 （IRF1） and signal transducer and activator of transcription 1 （STAT1） plays a crucial part in starting DNA transcription.圖2 M1型巨噬細胞極化的調控機制

1.2 M2 型巨噬細胞極化的調控機制 M2 通常被一些細胞因子或免疫復合物激活，如巨噬細胞集落刺激因子（macrophage colony-stimulating factor， MCSF）、IL-4、IL-10、IL-13 和TGF-β 等，主要參與調控免疫應答、組織修復等。IL-4 和IL-13 是M2 型極化的主要調控因子，通過激活JAK-STAT6 途徑促進M2型極化[13］。此外，IL-4 還通過激活PI3K-AKT-mTOR途徑促進M2 型極化。研究表明，mTOR 有兩種復合體，即mTORC1 和mTORC2，其中mTORC1 具有調節代謝、抑制降解、儲存能量和維持細胞生長的功能，IL-4 誘導增殖和調節代謝的作用，主要與mTORC1有關[14-15］。IL-10 作為體內一種重要的免疫抑制因子，主要由M2 型巨噬細胞分泌，通過激活JAKSTAT3途徑促進M2型極化[16］，詳見圖3。

2 巨噬細胞極化與CaOx 腎結石形成機制的潛在聯系

近年來，巨噬細胞極化在CaOx 腎結石形成中的作用被廣泛關注，其研究主要集中在巨噬細胞的表型轉化[17-18］。CaOx 晶體可引起炎癥應激的發生，并抑制M2型巨噬細胞吞噬晶體的能力，從而導致腎小管上皮細胞受損，使Randall 斑塊暴露到尿液中成為結石形成的基礎[19］。Taguchi 等[20］的研究顯示，Randall 斑塊及其周圍組織中促炎因子的基因表達顯著上調，同時伴有M1 型極化的增加和M2 型極化的減少[4］。將CaOx 晶體與腎小管上皮細胞共培養后，腎小管上皮細胞顯著表達MCP-1、骨橋蛋白（osteopontin， OPN）和TNF-α 等炎癥標志物[21-22］。在上述實驗基礎上加入巨噬細胞和脂肪細胞，并觀察CaOx 晶體對腎小管上皮細胞的黏附情況。結果顯示，CaOx 晶體對腎小管上皮細胞的黏附性增加，提示三種細胞之間可能存在某種旁分泌機制，這種機制可誘導腎小管發生炎性損傷，MCP-1、OPN 和TNF-α 的mRNA表達升高是關鍵因素。值得關注的是，MCP-1、OPN和TNF-α 等炎癥標志物的mRNA 表達水平可能是實現個體化精準治療的關鍵，特異性調控巨噬細胞極化為腎結石疾病的防治開辟了新的研究方向。

3 基于巨噬細胞功能防治CaOx 腎結石的機制探索

正常生理狀態下，機體在促炎與抗炎之間保持著微妙的平衡狀態。例如，腎小管上皮細胞具有吞噬CaOx 晶體的能力，后者又可以刺激腎小管上皮細胞表達高遷移率族盒蛋白1（high mobility group box protein 1， HMGB1）、MCP-1 等炎癥相關蛋白，這實際上啟動了巨噬細胞的分化過程。尿液中CaOx 晶體的過飽和狀態能夠引發ROS 超載和炎癥應激，導致腎臟組織損傷；相反，巨噬細胞可以通過調節免疫炎癥反應來減輕腎臟損害[23-24］。然而，腎內發生炎癥應激會破壞腎小管的結構和功能，導致其排泄和分泌功能障礙，造成CaOx 晶體長期滯留于腎小管，增加了患腎結石疾病的風險。Taguchi 等[25］的研究顯示，M2 型巨噬細胞與M1 型巨噬細胞相比具有更強的吞噬和降解晶體的能力，可以有效阻止CaOx 晶體的形成。巨噬細胞極化在免疫調節中的生物學作用，為CaOx 腎結石的防治提供了有價值的思路。關注M2型巨噬細胞極化的調控研究似乎更易于推動腎結石治療的發展。通過誘導巨噬細胞向M2 型極化來減輕炎癥應激對腎臟組織的損傷，是未來防治CaOx 腎結石的重要策略。

3.1 M1 型巨噬細胞極化防治CaOx 腎結石的機制探索 Yu 等[26］對CaOx 腎結石患者的血樣進行了綜合分析。結果顯示，M1 相關促炎性趨化因子（如TNF-α、IL-1 和IL-1β）的表達顯著上調，且M1/M2 比值升高，提示M1型巨噬細胞在促進氧化應激誘導的腎臟損傷中起關鍵作用，增加了CaOx 腎結石的患病風險。這種現象可能與巨噬細胞的吞噬活性有關。巨噬細胞吞噬作用發生后，在NADPH 氧化酶或NAD氧化酶的作用下會產生ROS，用于消滅病原菌，但ROS 產生過剩會增加核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3（nucleotide-binding oligomerization domainlike receptor protein 3， NLRP3）炎癥小體受體的表達，從而通過啟動NF-κB 炎癥通路，釋放大量的炎癥因子。這些事件最終導致腎臟損害，并促進了Randall 斑塊的形成，以及CaOx 晶體的沉積和聚集[27-30］。CaOx 晶體與烯醇化酶1之間的相互作用可促進單核細胞遷移，通過抑制NAD+依賴性脫乙酰酶Sirt3的表達或激活NLRP3炎癥小體，引起促炎介質的增加，從而促進腎臟內的炎癥反應和纖維化過程[9］。

在使用羅格列酮（rosiglitazone， ROSI）治療后，腎小管損傷、晶體黏附性及氧化應激反應等明顯減輕，同時M1 型極化明顯減少，M2 型極化顯著增加；ROSI 調控巨噬細胞極化、抑制氧化應激及減輕炎性損傷的作用通過Nrf2/HO-1 信號通路介導[31-32］。因此，調節巨噬細胞極化的藥物制劑對于CaOx 腎結石的防治具有重要意義。此外，應用ROS 抑制劑或抗氧化劑可有效阻止M1型巨噬細胞誘導的炎性損傷，是防治CaOx腎結石的可行途徑。

3.2 M2 型巨噬細胞極化防治CaOx 腎結石的機制探索 Xi 等[11］的研究顯示，Sirt1 通過將FOXO1 去乙酰化誘導M2 型極化。M2 型巨噬細胞則通過下調NADPH 氧化酶的激活水平，減輕腎小管上皮細胞的氧化應激損傷。此外，M2 型巨噬細胞也能夠直接抑制NADPH 氧化酶的激活，從而減少ROS 的產生和p38 MARK 的表達，并通過增加Akt 的磷酸化，增強細胞的增殖和修復能力，進一步減輕組織損傷[18］。上述研究為調控M2 型極化來抑制CaOx 晶體沉積的研究提供了依據。

M-CSF 可以激活M2 型巨噬細胞，從而增強其吞噬CaOx 晶體的能力。然而，腎臟中雄激素受體（androgen receptor， AR）-miR-185-5p/CSF-1 途徑的激活抑制了CSF-1 的表達，導致M2 型巨噬細胞的活化狀態及其吞噬能力下降，易于結石形成[33-34］。M2 型巨噬細胞極化在減輕炎癥應激造成的腎小管上皮損傷及促進組織修復方面發揮了重要作用，并通過吞噬晶體、促進結晶排泄等減少CaOx結晶的沉積。

3.2.1 Sirt1 誘導M2 型巨噬細胞極化預防CaOx 腎結石的作用 草酸鹽可導致ROS 的生成增加，從而影響單核細胞的線粒體功能，促使mRNA 的不穩定性和細胞凋亡數增加，并誘導巨噬細胞向M1 型極化。Sirt1是sirtuin家族中已被廣泛研究的一種NAD+依賴性脫乙酰酶。近來研究表明，Sirt1 的表達在炎癥相關疾病中受到抑制，而Sirt1 的過度表達增強了細胞的抗氧化應激和抗炎特性[35］。在CaOx 腎結石的發生發展過程中，Sirt1主要通過誘導M2型巨噬細胞極化，參與巨噬細胞分化的動態變化。Song 等[36］研究顯示，過表達Sirt1 的巨噬細胞傾向于M2 型極化，能夠顯著抑制高草酸尿小鼠腎臟細胞的凋亡，減輕腎臟損傷。然而，經草酸鈣預處理的巨噬細胞中Sirt1 的表達明顯減少，從而激活Notch 信號通路，促進巨噬細胞向促炎M1 表型極化。過表達Sirt1 或抑制Notch 信號通路的激活可能是預防腎結石疾病的潛在靶點。

3.2.2 過氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxisome proliferator activated receptor-γ， PPAR-γ）誘導M2 型巨噬細胞極化預防CaOx 腎結石的作用 柯里拉京（corilagin）是一種半乳糖苷，具有抑制ROS 生成和減輕線粒體DNA 氧化損傷的作用，還具有強大的抗炎作用。在Yuan 等[37］的研究中，給予CaOx 腎結石大鼠模型使用不同劑量的corilagin后，氧化應激標志物丙二醛（malondialdehyde， MDA）的水平顯著降低，抗氧化酶的分泌增加，并隨corilagin 濃度的升高呈梯度式增加。通過實時熒光定量PCR 檢測細胞存活標志物的mRNA 水平，顯示結石組PPAR-γ、PI3K和Akt 的mRNA 表達顯著降低，而corilagin 組三者的表達水平顯著升高，提示corilagin 可能通過PPAR-γ和PI3K/Akt 介導的通路抑制CaOx 晶體誘導的氧化應激和炎癥反應。值得注意的是，PPAR-γ 激動劑（如吡格列酮和ROSI）在治療腎結石方面顯示出有效性。這些激動劑通過促使M2型巨噬細胞極化，有效減少腎臟中CaOx 晶體的沉積，減輕炎癥損傷[34］。研究表明，PPAR-γ 通過上調miR-23，從而減弱干擾素調節因子1（interferon regulatory factor 1， IRF1）和Pknox1 的表達，使M2 型極化增強[38］。此外，PPAR-γ的激活導致CD206+巨噬細胞數量增加，繼而通過分泌IL-10 促進M2 型極化[39］。因此，PPAR-γ 的激活在抑制CaOx腎結石的形成中起著關鍵作用。

3.2.3 核因子E2相關因子2（nuclear factor E2-related factor 2， Nrf2）/血紅素加氧酶1（heme oxygenase-1，HO-1）誘導M2 型巨噬細胞極化預防CaOx 腎結石的作用機制 Nrf2 是人體抗氧化應激損傷的主要的轉錄調節因子，在急性腎損傷、糖尿病腎病以及狼瘡性腎炎等多種腎臟病中發揮重要的保護作用。最近的研究顯示，慢性腎臟病進程中腎臟纖維化指標越高，Nrf2 和谷胱甘肽過氧化物酶4（glutathione peroxidase 4， GPX4）的表達越低，提示Nrf2/GPX4 信號通路被抑制[40］。在使用Nrf2 激動劑后，慢性腎臟病患者的腎纖維化得到緩解，鐵死亡被抑制，說明激活Nrf2/GPX4信號通路具有保護腎臟的作用，而Nrf2是關鍵調節因子[40］。Wang 等[41］證實，晝夜節律基因BMAL1在維持機體正常穩態中不可或缺，過表達BMAL1基因能夠激活核Nrf2/HO-1 信號通路，從而減輕草酸鹽誘導的氧化應激損傷，減少尿CaOx 結石的形成。ROSI 由于其顯著的抗氧化應激特性和調節巨噬細胞極化的能力，成為治療和預防CaOx 腎結石的潛在治療劑。體外實驗顯示，ROSI 顯著上調M2 型巨噬細胞標志物精氨酸酶1（arginase-1， Arg-1）和CD206，以及抗炎細胞因子IL-4 和IL-10 的表達[32］。ROSI 主要通過激活HK-2 細胞中的Nrf2/HO-1 途徑抑制氧化應激，從而減少腎小管的炎癥性損傷[32］。Nrf2 激動劑及其信號通路的激活為尿路結石的防治開辟了新方向。

4 總結與展望

本文綜述了腎臟中巨噬細胞與腎結石形成的復雜關系，以及巨噬細胞極化在這些結石發生機制中的關鍵作用，并涉及巨噬細胞極化與CaOx 腎結石發生有關的基因遺傳學研究。值得注意的是，M2 型巨噬細胞在腎結石發生時比M1 型巨噬細胞的吞噬功能更好，能夠加快尿液中草酸鹽晶體的分解和代謝，從而減少CaOx 晶體的沉積，特異性增強M2 型極化是更具可能性的治療靶點。

此外，腎結石發生的個體差異與基因遺傳易感性有關，很多基因或分子途徑已被確定為患腎結石疾病的潛在危險因素。巨噬細胞在不同個體或同一個體不同器官的組織中具有異質性，這也與基因有關。M1 型巨噬細胞相關基因的表達增加了腎結石疾病的患病風險，而M2型巨噬細胞相關基因的表達與抑制結石的形成有關。揭示單核吞噬細胞群、基因遺傳易感性和CaOx 腎結石之間的復雜關系在繪制新的研究軌跡方面有巨大的前景。然而，目前的研究未能充分闡明單核吞噬細胞群、基因遺傳易感性和CaOx 腎結石之間復雜的相互作用。在未來研究中進一步探究此問題，有助于發現CaOx 腎結石的潛在治療靶點。