巨噬細胞對2型糖尿病免疫炎性反應作用的研究進展*

吳 紅 綜述，梁尚棟 審校

(南昌大學醫(yī)學院生理學教研室，南昌 330006)

·綜 述·

巨噬細胞對2型糖尿病免疫炎性反應作用的研究進展*

吳 紅 綜述，梁尚棟△審校

(南昌大學醫(yī)學院生理學教研室，南昌 330006)

糖尿病，2型；巨噬細胞；免疫炎性反應；細胞因子；嘌呤受體

巨噬細胞在機體先天性免疫及適應性免疫過程中均發(fā)揮著重要作用，它會對不同微環(huán)境下的信號做出反應，分化或激活成明顯具有組織特異性的亞型，其兩種激活方式分別為經典活化型(classically activated，M1型)和替代活化型(alternatively activated，M2型)，與此相平行適應的是適應性免疫細胞Th1和Th2的分化[1-2]。正常狀態(tài)下，組織中既有M1型巨噬細胞，也有M2型巨噬細胞，兩者保持動態(tài)平衡。2型糖尿病(T2DM)患者可誘導巨噬細胞產生炎癥因子激活補體，同時誘導內皮細胞產生黏附因子，使內皮功能受損，加速炎性反應過程[3]。因此，免疫炎性反應影響T2DM的病理變化，巨噬細胞分泌的細胞因子及抗原提呈等作用可影響T2DM的發(fā)病及進展。本文擬從免疫炎性反應在T2DM發(fā)病中的作用、巨噬細胞在影響T2DM病程中所涉及的細胞因子及嘌呤受體介導的機制方面進行綜述。

1 免疫炎性反應在T2DM發(fā)病中的作用

胰腺β細胞功能障礙是機體對胰島素抵抗失代償?shù)年P鍵,構成了糖尿病發(fā)生發(fā)展的核心。炎癥可通過多環(huán)節(jié)直接損傷β細胞功能甚至促進β細胞死亡。炎癥和趨化因子對胰腺β細胞功能的慢性損傷是T2DM患者漸進性β細胞衰竭的關鍵。過度表達的INF-γ、TNF-a、IL-1β等均可激活胰腺β細胞中的核因子-κB(NF-κB),促進炎癥介導的細胞調亡[4]。炎癥還可損傷線粒體、葡萄糖激酶以及葡萄糖轉運因子(GLUT2)的功能、觸發(fā)氧化應激反應、促發(fā)內質網應激等,最終導致葡萄糖刺激的胰島素分泌障礙,甚至β細胞凋亡。炎癥、趨化因子募集免疫細胞的間接破壞作用也是T2DM胰腺自身免疫反應性β細胞殺傷作用的基礎。促炎癥的Th1與抗炎癥的Th2之間的比例功能平衡是維持免疫穩(wěn)態(tài)、避免自身免疫性及慢性炎癥性疾病的基礎，而糾正Th1/Th2細胞比例的平衡即可有效逆轉肥胖相關的慢性炎癥以及胰島素抵抗狀態(tài)[5]。

2 巨噬細胞誘導細胞因子及胰腺β細胞功能障礙導致T2DM的發(fā)生

2.1 巨噬細胞與胰腺β細胞功能障礙在T2DM的發(fā)病機制中具有重要作用 有學者認為T2DM的發(fā)病機制是由凋亡相關分子Fas和Fas配體不能有效地抑制調節(jié)性T細胞(Tregs)從而在Th1/Th2的免疫反應上發(fā)生偏差或導致胰腺β細胞的耐受出現(xiàn)抑制[6]。T2DM患者除胰腺β細胞功能存在缺陷外，其體內還存在多種細胞功能障礙，包括脂肪細胞、血管內皮細胞、淋巴細胞、中性粒細胞、單核巨噬細胞等，造成瘦素、脂聯(lián)素、抵抗素、TNF、IL等多種激素和細胞因子的分泌異常。研究證明脂肪細胞分泌功能障礙可引起慢性低度炎癥，導致全身代謝紊亂及功能障礙[7]。同時，T2DM患者胰腺β細胞、骨骼肌細胞、單核巨噬細胞等組織細胞普遍存在高血糖、炎性反應、缺氧、缺血等應激因素的作用，導致內質網應激反應明顯，影響蛋白質的合成及空間折疊，進而損害細胞功能或誘導炎癥細胞因子分泌增加[8-10]。

2.2 巨噬細胞在T2DM中所涉及的炎癥細胞因子 在巨噬細胞激活為M1型或M2型的同時，可產生不同性質的炎癥細胞因子。其中，M1型以促炎癥細胞因子為主(如TNF-α)，而M2型則產生抗炎癥細胞因子(如IL-10)。越來越多的證據(jù)表明低度炎癥狀態(tài)與肥胖、胰島素抵抗、T2DM及代謝綜合征共存，并與它們的發(fā)展有關聯(lián)[11]。研究發(fā)現(xiàn)TNF-α在調節(jié)機體組織糖、脂肪代謝中起重要作用。TNF-α可直接抑制脂肪、肌肉細胞膜上的葡萄糖轉運蛋白，使其表達減少、功能減退。肥胖者的脂肪組織及其他細胞中TNF-α的mRNA和蛋白表達水平均顯著高于健康者,說明TNF-α通過促進脂肪分解引起血漿游離脂肪酸水平升高,并抑制胰島素受體,降低胰島素作用,從而導致胰島素抵抗[12]。IL-10是與肥胖及T2DM相關的主要抗炎癥細胞因子，可抑制T2DM高血糖及其他炎癥因子的水平，如IL-10可以保護脂肪細胞免受TNF-α的損傷，這可能對T2DM的發(fā)病具有一定的保護作用[13]。研究發(fā)現(xiàn)人、小鼠和豬的部分免疫細胞(如單核細胞、巨噬細胞、T淋巴細胞)均能在病原體被消滅后合成IL-10蛋白。IL-10蛋白可抑制其所在免疫細胞的部分基因表達，使其不能繼續(xù)指導合成攻擊病原體的蛋白[14]。

2.3 炎性反應和自身免疫反應的雙重作用導致胰腺β細胞凋亡 炎癥因子廣泛參與了糖尿病所致血管損傷的系列病理過程，如黏附分子表達增加、趨化因子的釋放、單核細胞募集、白細胞黏附及遷移、巨噬細胞攝取氧化型低密度脂蛋白、巨噬細胞活化、泡沫細胞形成、活化的單核細胞釋放一系列細胞因子、平滑肌細胞遷移和增殖等，最終形成血管粥樣斑塊[15]。T2DM作為自身免疫性疾病，由肥胖相關的慢性脂肪組織炎癥和由高糖高脂誘導的β細胞應激狀態(tài)均可引發(fā)機體發(fā)生病理改變，提供激活先天性免疫和適應性免疫的危險信號從而引起免疫炎性反應[16]。高血糖癥將提高胰腺β細胞抗原(如GAD)的表達，于是β細胞容易受到自身抗體(如抗-GAD)的攻擊，而抗-GAD抗體是T2DM中最常見的抗體之一[17]。在胰腺β細胞表面，CD8+T細胞可通過與主要組織相容性復合物Ⅰ(MHC-Ⅰ)分子結合而產生細胞毒素。T細胞和巨噬細胞通過自分泌作用和旁分泌作用釋放炎癥細胞因子將胰腺炎性反應進一步擴大。在炎性反應和自身免疫反應的雙重作用下導致胰腺β細胞凋亡[18]，進一步減少了胰島素的分泌，加重高血糖癥。

3 巨噬細胞在T2DM的調控作用及其嘌呤信號轉導機制

3.1 嘌呤受體興奮引起巨噬細胞的活化從而激活不同的信號通路 廣泛存在于細胞外的ATP可影響一系列生理病理反應，諸如趨化因子信號的產生、不同免疫細胞的激活、炎癥細胞的遷移增殖分化及釋放不同炎癥介質等[19]。炎癥狀態(tài)下，ATP可從應激細胞或死亡細胞中釋放到細胞外，通過與細胞膜上的不同嘌呤受體(如P2X7受體)結合發(fā)揮不同的生理或病理作用[20]。細胞外的ATP可激活巨噬細胞上的P2X7受體，介導細胞內的K+外流，誘導NF-κB介導的caspase-1活化。在caspase-1的酶切作用下IL-1β前體蛋白轉變?yōu)槌墒祗w，分泌溶酶體內的IL-1β釋放到細胞質中[21]。此外，P2X7離子通道受體的開放，引起Ca2+大量內流，胞內Ca2+濃度升高可使鈣調素依賴性蛋白激酶Ⅱ和Ca2+依賴性磷脂酶A2激活，誘發(fā)分泌性溶酶體內的IL-1β成熟體蛋白釋放至細胞質。P2X7受體參與炎癥體形成和caspase激活過程。敲除P2X7受體后的小鼠腹腔巨噬細胞，ATP刺激不能釋放IL-1β；P2X7基因敲除小鼠體內產生細胞因子的信號途徑同樣受損。這些結果表明P2X7受體激活所提供的信號可影響IL-1β成熟釋放和細胞因子的激活[22]。巨噬細胞產生并分泌的IL-1β是IL-1 家族中最重要的細胞因子，它可在機體感染、損傷及免疫應答中起重要作用，同時也是急、慢性炎性反應的主要介導因子[21]。因此，在免疫炎性反應過程中，釋放到細胞外的ATP與嘌呤受體的結合能夠引起巨噬細胞的活化，活化的巨噬細胞激活不同的信號通路促進或抑制免疫炎性反應。

3.2 巨噬細胞來源的ATP/腺苷可通過調節(jié)巨噬細胞的激活方式維持組織的穩(wěn)態(tài) 雖然體內存在不同的巨噬細胞亞型，但由炎癥M1型巨噬細胞轉向調控性M2型巨噬細胞的潛在機制尚未明了，有學者認為巨噬細胞的這種轉變取決于其激活狀態(tài)時所處的程序[23]。組織中的巨噬細胞在細胞代謝中主要依賴于糖酵解，因此糖酵解在巨噬細胞炎性反應中扮演著關鍵角色。細胞內糖酵解產生ATP，TLR激活巨噬細胞導致糖酵解來源的ATP通過巨噬細胞泛連接蛋白-1(pannexin-1)通路釋放到細胞外。胞外ATP是損傷相關分子，它通過作用于巨噬細胞P2X7受體使其釋放促炎性反應介質，產生NLRP3，導致炎癥細胞因子激活[24]。在數(shù)小時的刺激下，巨噬細胞可通過CD39快速水解胞外ATP并將其完全轉化為腺苷。低濃度的胞外ATP可將巨噬細胞的極化狀態(tài)由炎癥轉向調控激活狀態(tài)，在此期間釋放及水解ATP。TLR激活的巨噬細胞同時經歷轉錄程序，發(fā)展為調控激活狀態(tài)。來源于胞外ATP降解的腺苷可明顯抑制TNF-α和IL-12的合成，并提高IL-10的表達，這也是低濃度的胞外ATP調控型巨噬細胞激活的顯著特點。更為重要的是ATP降解產生腺苷類嘌呤物質可上調一系列免疫調控因子，包括親肝素性上皮生長因子 (heparin binding epidermal growth factor，HB-EGF)、鞘氨醇激酶1 (sphingosine kinase 1，Sphk1)、IL-33。但 ATP降解產生腺苷不能上調Fizz1(found in inflammatory zone)和甘露醇受體[25]。這些結果表明ATP/腺苷是有選擇地調控巨噬細胞的激活。

3.3 巨噬細胞調控T2DM的發(fā)生及發(fā)展進程 研究發(fā)現(xiàn)T2DM的病理進程常伴隨著局部組織炎癥，其顯著特征就是巨噬細胞浸潤。多種T2DM動物模型均可出現(xiàn)不同程度的胰腺炎癥，浸潤的巨噬細胞會隨著其胰腺中IL-1β表達量增加而增多。在病原相關分子模式 PAMP)或損傷相關分子模式(DAMP)的作用下，ATP可從應激狀態(tài)下的胰腺β細胞中釋放，ATP通過一系列“尋找自我(find me)”信號(細胞趨化作用)招募巨噬細胞到應激的胰腺β細胞周圍[21]。ATP與巨噬細胞的嘌呤受體結合產生一系列級聯(lián)反應，釋放促炎癥細胞因子(如IL-1β)，而隨著IL-1β的升高又進一步誘使巨噬細胞聚集，將胰腺的炎性反應進一步擴大。同時IL-1β上調細胞Fas的表達，激活T細胞通過死亡域信號誘導胰腺β細胞凋亡[18]，導致胰腺功能受損。如果巨噬細胞通過CD39快速水解胞外ATP，使胞外ATP完全轉化為腺苷，腺苷可明顯抑制TNF-α和IL-12的合成，提高抗炎癥細胞因子IL-10的表達。低濃度的胞外ATP迅速降解為腺苷后可將巨噬細胞的極化狀態(tài)由炎癥轉向調控激活狀態(tài)，促進胰腺功能的修復。

4 結論與展望

綜上所述，巨噬細胞作為先天性免疫和適應性免疫的重要參與者，可通過分泌細胞因子及抗原提呈等作用影響并調控免疫炎性反應的進程，特別是巨噬細胞不同激活方式形成的M1型或M2型將直接決定炎性反應的最終結果。雖然T2DM發(fā)病的具體機制尚未完全明確，但由巨噬細胞在免疫炎性反應中的調控作用及ATP/腺苷介導的嘌呤信號轉導機制可在一定程度上影響其病情的進程。調節(jié)炎性反應過程中的巨噬細胞功能或影響ATP/腺苷介導的嘌呤信號轉導通路是否可改善T2DM患者的臨床癥狀，由此途徑將對T2DM的臨床免疫炎癥治療開辟新的思路。

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10.3969/j.issn.1671-8348.2015.27.041

國家自然科學基金資助項目(81171184,31060139,30860086)；第二批江西省“贛鄱英才555工程”領軍人才項目；江西省教育廳科技項目(GJJ13155)。

：吳紅(1975-)，在讀博士，副主任技師，主要從事血液生理學與病理生理學?！?/p>

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