M2型巨噬細(xì)胞與支氣管哮喘研究進(jìn)展

?

M2型巨噬細(xì)胞與支氣管哮喘研究進(jìn)展

楊巧玉綜述聶漢祥，王愛(ài)玲審校

作者單位： 430060武漢大學(xué)人民醫(yī)院呼吸內(nèi)科(楊巧玉、聶漢祥)； 武漢大學(xué)護(hù)理學(xué)院(王愛(ài)玲)

【關(guān)鍵詞】支氣管哮喘；M2型巨噬細(xì)胞；進(jìn)展

巨噬細(xì)胞在體內(nèi)分布廣泛，根據(jù)活化后細(xì)胞表面標(biāo)志及功能的不同，巨噬細(xì)胞大體可分為M1和M2型巨噬細(xì)胞[1]。M1型巨噬細(xì)胞即經(jīng)典活化巨噬細(xì)胞(classically activated macrophages，CAM)，主要發(fā)生在Thl細(xì)胞的免疫應(yīng)答中，由IFN-γ、LPS和TNF-α等誘導(dǎo)，活化后釋放活性氧(ROS)，誘導(dǎo)生成一氧化氮合成酶(iNOS),合成大量促炎因子(IL-6、IL-12、IL-1β、TNF-α等)。M2型巨噬細(xì)胞即替代活化巨噬細(xì)胞(alternatively activated macrophages，AAM)，由IL-4、IL-13誘導(dǎo)，可使甘露糖受體及轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶2表達(dá)上調(diào)，參與組織修復(fù)[2]。巨噬細(xì)胞在不同的體內(nèi)外環(huán)境下可極化為不同的表型，參與多種疾病的發(fā)生發(fā)展。有效的表型轉(zhuǎn)換受損是導(dǎo)致支氣管哮喘發(fā)病機(jī)制之一，本文就近年來(lái)M2型巨噬細(xì)胞與支氣管哮喘的相關(guān)研究綜述如下。

1M2型巨噬細(xì)胞表型和功能特征

M2型巨噬細(xì)胞主要發(fā)生在Th2細(xì)胞免疫應(yīng)答的條件下，由IL-4、IL-13誘導(dǎo)，活化后甘露糖受體(mannose receptor，MR或CD206)、清夫道受體(scavenger receptor, SRI)、精氨酸酶1(arginase 1，Arg1)、轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶2(transglutaminase 2, TG2)、抵抗素樣分子家族蛋白(found in inflammatory zone-1, FIZZ1)及殼多糖酶(chitinase-3-like protein-3 ,Chi3l3或YM1)等的表達(dá)升高[3，4]。在感染性疾病中M2型巨噬細(xì)胞能減少損傷部位的炎性反應(yīng)，減輕外來(lái)病原體引起的組織病理學(xué)改變，通常發(fā)揮調(diào)節(jié)性或者抑制性效應(yīng)對(duì)抗急性炎性反應(yīng)和參與慢性炎性的作用[5，6]。在創(chuàng)面愈合過(guò)程中M2型巨噬細(xì)胞能分泌大量纖維連接蛋白、細(xì)胞外基質(zhì)交聯(lián)酶和骨橋蛋白等基質(zhì)相關(guān)蛋白，促進(jìn)創(chuàng)傷處新生血管形成和內(nèi)皮細(xì)胞增殖，在傷口愈合和組織修復(fù)與重構(gòu)過(guò)程起著重要的作用。腫瘤微環(huán)境也可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M2型優(yōu)勢(shì)活化，M2型腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞定植于腫瘤血管缺乏部位，支持腫瘤細(xì)胞增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移及新生血管形成[7~9]。另外，M2型巨噬細(xì)胞還參與了寄生蟲(chóng)感染及哮喘等多種病理生理過(guò)程。

2M2型巨噬細(xì)胞極化的機(jī)制

巨噬細(xì)胞具有異質(zhì)性，在不同的微環(huán)境及不同的細(xì)胞因子作用下可發(fā)生差異性活化，分化為具有不同表型和功能的類型，巨噬細(xì)胞向M1型或M2型巨噬細(xì)胞分化的過(guò)程稱為M1型或M2型極化[10]。M2型極化由細(xì)胞表面具有高親和力的IL-4受體復(fù)合物介導(dǎo)，該復(fù)合物由具有高親和力的α鏈(IL-4受體α，IL-4Rα)與常見(jiàn)的γ鏈(γc)組成，此復(fù)合物被稱為I型IL-4R。IL-4Rα鏈還可以與IL-13Rα1鏈配對(duì)形成II型IL-4R。IL-4可以結(jié)合和激活2種類型受體，而IL-13僅能結(jié)合II型受體[11，12]。巨噬細(xì)胞同時(shí)表達(dá)2種類型的受體，因而IL-4和IL-13都可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞的極化[13]。研究表明IL-4和IL-13與受體結(jié)合后活化JAKI和JAK3并致其受體胞內(nèi)區(qū)域特定酪氨酸殘基磷酸化，SATA6(信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子)通過(guò)高度保守的SH2域與磷酸化后的胞內(nèi)部分結(jié)合，誘導(dǎo)STAT6 C末端酪氨酸殘基磷酸化，STAT6形成二聚體復(fù)合物轉(zhuǎn)位至核內(nèi)激活包括過(guò)氧化物酶增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR)γ(PPARγ)、PPARζ在內(nèi)的轉(zhuǎn)錄框架，繼而誘導(dǎo)M2型巨噬細(xì)胞相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄[14，15]。在哮喘小鼠中，研究發(fā)現(xiàn)與IL-13相比，即使使用一定濃度的細(xì)胞因子引起類似水平的JAK-STAT6活化，IL-4仍能更有效的誘導(dǎo)AAM的極化，提示雖然M2型巨噬細(xì)胞基因表達(dá)具有STAT6依賴性，但高效表達(dá)也受其他信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的影響。在體外，從野生型(WT)或γc-/-小鼠中提取骨髓(BM)來(lái)源的巨噬細(xì)胞(BMMs)，發(fā)現(xiàn)IL-4能促進(jìn)野生型小鼠胰島素受體底物(IRS)2的磷酸化，但不能誘導(dǎo)γc-/-小鼠IRS2活化IL-13，可見(jiàn)白細(xì)胞介素-4還可以通過(guò)I型受體中的γ鏈激活I(lǐng)RS2信號(hào)傳導(dǎo)通路誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞的替代活化。此外，磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositoI-3 kinase，PI3K)，半乳凝集素-3(Galectin-3)，含SH2域肌醇5’-磷酸酶(SH2 domain-containing inositol 5’-phosphatase，SHIP)、細(xì)胞因子信息傳遞抑制劑(suppressors of cytokine signaling，SOCS)等信號(hào)分子也參與調(diào)控M1/M2細(xì)胞的活化。PI3K是促進(jìn)M2細(xì)胞活化的重要調(diào)節(jié)物，而且可能與M2型巨噬細(xì)胞極化的終末信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)密切相關(guān)。Galectin-3與巨噬細(xì)胞表面CD98相連，通過(guò)β1-整合素介導(dǎo)PI3K活化，誘導(dǎo)M2型巨噬細(xì)胞極化[16]。SHIP/P13K途徑也影響M2型巨噬細(xì)胞極化，Rauh等[17]發(fā)現(xiàn)SHIP-/-小鼠體內(nèi)M2型巨噬細(xì)胞數(shù)量與YM1表達(dá)水平明顯升高。SHIP能選擇性水解PI3K的下游信號(hào)PIP3，SHIP-/-小鼠細(xì)胞內(nèi)持續(xù)升高的PIP3可能是促進(jìn)M2細(xì)胞極化的重要原因。研究證實(shí)SOCS在巨噬細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中也起著重要調(diào)節(jié)作用。巨噬細(xì)胞在炎性狀態(tài)下表達(dá)SOCSI和SOCS3。Ml和M2型巨噬細(xì)胞的活化可分別誘導(dǎo)SOCS3和SOCSI極向細(xì)胞的出現(xiàn)[18]，由此推斷SOCS3調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的經(jīng)典活化，SOCSI可能與M2型巨噬細(xì)胞活化相關(guān)。另外，研究表明NF-κB(核因子κB)和組蛋白H3賴氨酸-27脫甲基酶(jumonji domain containing3，JMJD3)等信號(hào)分子也參與M2型巨噬細(xì)胞極化的調(diào)控。

總之，目前認(rèn)為M2的激活途徑主要由STAT6介導(dǎo)。首先IL-4通過(guò)與IL-4R和IL-12R受體(I型受體)結(jié)合，或者IL-4和IL-13分別與各自的受體IL-4R和IL-13R結(jié)合，受體二聚化(II型受體)后分別激活Janus激酶Jak1/Jak2或者Jak1/Jak2/Tyk2,從而誘導(dǎo)胰島素受體底物家族主要成員IRS形成復(fù)合物。磷酸化的IRS激活銜接蛋白酶Grb2和PI3K，進(jìn)一步募集STAT6，并使STAT6發(fā)生酪氨酸磷酸化。磷酸化的STAT6形成二聚體，入核后啟動(dòng)若干M2功能相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄，使巨噬細(xì)胞逐步向M2極化。如上所述，巨噬細(xì)胞極化受到多種炎性相關(guān)基因和信號(hào)通路的調(diào)節(jié)，提示M2型巨噬細(xì)胞的極化具有可逆性和可調(diào)節(jié)性的特點(diǎn)[19]。

3M2型巨噬細(xì)胞與哮喘

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，Th細(xì)胞亞群Th1/Th2的功能失調(diào)是哮喘發(fā)病的重要機(jī)制之一。Th2優(yōu)勢(shì)免疫應(yīng)答，功能相對(duì)增強(qiáng)及Th2細(xì)胞因子產(chǎn)生增多可以引發(fā)一系列哮喘免疫級(jí)聯(lián)反應(yīng)。TH2細(xì)胞因子IL-4、IL-5、IL-9、IL-13可以導(dǎo)致嗜酸性粒細(xì)胞浸潤(rùn)、IgE產(chǎn)生、組胺的釋放以及其他典型的哮喘癥狀。但近年來(lái),研究表明固有免疫在哮喘中也發(fā)揮了重要作用,其中巨噬細(xì)胞是重要的固有免疫細(xì)胞。一般認(rèn)為極化的巨噬細(xì)胞是單細(xì)胞活化后一系列功能狀態(tài)的2個(gè)極端。巨噬細(xì)胞在不同的微環(huán)境下可以激活分化為不同的表型功能的巨噬細(xì)胞，并隨著微環(huán)境的改變發(fā)生重新分化，可塑性強(qiáng)。在疾病的發(fā)生發(fā)展中，雖然同時(shí)存在M1型和M2型巨噬細(xì)胞，但其比例是變化的，早期發(fā)揮作用的是M1型，而晚期發(fā)揮作用的主要是M2型。研究表明，M2型巨噬細(xì)胞主要參與TH2反應(yīng)，在抗腫瘤、抗感染等疾病中發(fā)揮著免疫激活和免疫效應(yīng)的作用，同時(shí)M2型巨噬細(xì)胞在自身免疫性疾病、超敏反應(yīng)等疾病中參與炎性浸潤(rùn)和組織損傷。在腫瘤相關(guān)疾病中，M2型巨噬細(xì)胞參與了腫瘤的發(fā)生、生長(zhǎng)、侵襲和轉(zhuǎn)移的過(guò)程，促進(jìn)了腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)、遷移等，腫瘤局部微環(huán)境使腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞向M2型巨噬細(xì)胞分化[20]。在寄生蟲(chóng)感染中首次提出M2型巨噬細(xì)胞在Th2反應(yīng)中發(fā)揮積極作用，通常情況下，M2型巨噬細(xì)胞通過(guò)合成精氨酸酶和多胺等分子，促進(jìn)抗寄生蟲(chóng)免疫，同時(shí),M2型巨噬細(xì)胞具有抗炎效應(yīng)和組織修復(fù)功能有助于減少多細(xì)胞寄生蟲(chóng)侵襲導(dǎo)致的組織損傷。近年來(lái)開(kāi)始探索M2型巨噬細(xì)胞在小鼠和人類哮喘中的作用。

在過(guò)敏性疾病中，M2型巨噬細(xì)胞通常發(fā)揮調(diào)節(jié)性或者抑制性效應(yīng)對(duì)抗促炎反應(yīng)和細(xì)胞免疫應(yīng)答，從而減輕病理性炎性反應(yīng)。但是免疫復(fù)合物誘導(dǎo)的M2b巨噬細(xì)胞可以分泌大量炎性細(xì)胞因子，與肥大細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、NK細(xì)胞及IgE、IgG抗體一起促進(jìn)超敏反應(yīng)的發(fā)生，介導(dǎo)TH2型病理反應(yīng)。M2型巨噬細(xì)胞與其他細(xì)胞間的相互作用及其產(chǎn)生的細(xì)胞因子共同作用可以影響血管滲透性、平滑肌收縮、細(xì)胞募集、黏液產(chǎn)生、杯狀細(xì)胞分泌，從而進(jìn)一步加重超敏反應(yīng)的嚴(yán)重程度[21]。最新進(jìn)展表明M2型巨噬細(xì)胞能誘導(dǎo)嗜酸性粒細(xì)胞性炎性反應(yīng)，促進(jìn)氣道重塑和氣道高反應(yīng)性(AHR)。研究表明，與健康對(duì)照組相比，支氣管哮喘患者和哮喘小鼠M2型巨噬細(xì)胞的數(shù)量顯著升高，哮喘患者肺活檢中表達(dá)甘露糖受體和轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶2的巨噬細(xì)胞比例也明顯增大[22]。進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)重度哮喘患者肺泡灌洗液中IL-13+M2型巨噬細(xì)胞的數(shù)量明顯增多[23]。Melgert等[22]研究表明殼多糖酶的表達(dá)水平和甘露糖受體陽(yáng)性巨噬細(xì)胞的百分比與哮喘嚴(yán)重程度密切相關(guān)。與此相一致，在屋塵螨誘導(dǎo)的哮喘小鼠模型中，M2型巨噬細(xì)胞的數(shù)量與氣道炎性程度呈正相關(guān)[24]。另外，臨床觀察發(fā)現(xiàn)M2型巨噬細(xì)胞在肺組織中的百分比與最大呼氣流速的變化密切相關(guān)。以上研究結(jié)果表明哮喘M2型巨噬細(xì)胞數(shù)量增多并參與調(diào)節(jié)哮喘的嚴(yán)重程度。將M2型巨噬細(xì)胞通過(guò)滴鼻或腹腔注射過(guò)繼轉(zhuǎn)移給哮喘小鼠，其過(guò)敏性氣道炎性反應(yīng)明顯增加[25]。在真菌所致的哮喘小鼠中通過(guò)血清淀粉樣蛋白P抑制M2型巨噬細(xì)胞的極化，其氣道高反應(yīng)性、平滑肌細(xì)胞增生和膠原蛋白的沉積均明顯降低[26]。與此相一致，在OVA誘導(dǎo)的哮喘小鼠中，阻斷M2型巨噬細(xì)胞表達(dá)產(chǎn)物TG2，氣道高反應(yīng)性、IgE表達(dá)水平及炎性細(xì)胞浸潤(rùn)均明顯降低。這些結(jié)果表明M2型巨噬細(xì)胞不僅是哮喘Th2反應(yīng)的旁觀者，更是參與者。目前M2型巨噬細(xì)胞參與哮喘發(fā)病的機(jī)制尚不完全清楚。研究表明Argl可與iNOS競(jìng)爭(zhēng)減少NO生成，導(dǎo)致氣道高反應(yīng)性；Argl還可促進(jìn)聚氨類和脯氨酸合成，引發(fā)支氣管平滑肌收縮和黏液分泌，并能通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞增殖，膠原生成，參與氣道重塑。FIZZ1最早發(fā)現(xiàn)于哮喘小鼠的肺泡灌洗液中，研究證實(shí)FIZZ1可促進(jìn)平滑肌增生，肌蛋白和膠原蛋白的沉積，誘導(dǎo)肺纖維化的形成[27]。在真菌感染所致的哮喘小鼠中，用抗FIZZ1抗體選擇性去除FIZZ1后小鼠肺中IL-5、IL-13、IL-17及膠原蛋白水平均明顯低于同型抗體干預(yù)的對(duì)照組。YM1在哮喘中的作用不完全清楚，目前研究表明YM1能誘導(dǎo)嗜酸性粒細(xì)胞向炎性部位聚集，促進(jìn)組織重構(gòu)和肺纖維化[28]。M2型巨噬細(xì)胞還可通過(guò)分泌CCL3、CCL17、CCL11、CCL24等化學(xué)因子誘導(dǎo)Th2細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞向肺組織遷移從而參與哮喘Th2反應(yīng)?？傊谙?，M2型巨噬細(xì)胞極化后，一方面使其吞噬功能增強(qiáng)，另一方面可能通過(guò)表達(dá)的細(xì)胞因子，如FIZZl、Arg1等可加重哮喘者氣道炎性反應(yīng)，促進(jìn)氣道重塑。另外，M2型巨噬細(xì)胞對(duì)樹(shù)突狀細(xì)胞成熟直接或間接的調(diào)節(jié)也可能是哮喘發(fā)生機(jī)制之一。

4小結(jié)

M2型巨噬細(xì)胞與哮喘的發(fā)病密切相關(guān)，深入研究巨噬細(xì)胞極性分化的內(nèi)在機(jī)制，對(duì)巨噬細(xì)胞極化的某些關(guān)鍵步驟加以合理干預(yù),扭轉(zhuǎn)巨噬細(xì)胞已偏移的極化失衡，使M1型巨噬細(xì)胞、M2型巨噬細(xì)胞保持動(dòng)態(tài)平衡，將有可能從一些新的角度來(lái)治療哮喘等多種免疫相關(guān)疾病。

參考文獻(xiàn)

1Dasgupta P,Keegan AD.Contribution of alternatively activated macrophages to allergic lung inflammation: a tale of mice and men[J].J Innate Immun,2012,4(5/6):478-488.

2Fleming BD,Mosser DM.Regulatory macrophages: setting the threshold for therapy[J].Eur J Immunol,2011,41(9):2498-2502.

3Martinez FO,Helming L,Gordon S.Alternative activation of macrophages: an immunologic functional perspective[J].Annu Rev Immunol,2009,27:451-483.

4Mcnally AK,Anderson JM.Macrophage fusion and multinucleated giant cells of inflammation[J].Adv Exp Med Biol,2011,713:97-111.

5Shirey KA,Cole LE,Keegan AD,et al.Francisella tularensis live vaccine strain induces macrophage alternative activation as a survival mechanism[J].J Immunol,2008,181(6):4159-4167.

6Shirey KA,Pletneva LM,Puche AC,et al.Control of RSV-induced lung injury by alternatively activated macrophages is IL-4R alpha-, TLR4-, and IFN-beta-dependent[J].Mucosal Immunol,2010,3(3):291-300.

7Capece D,Fischietti M,Verzella D,et al.The inflammatory microenvironment in hepatocellular carcinoma: a pivotal role for tumor-associated macrophages[J].Biomed Res Int,2013:187204.

8Chanmee T,Ontong P,Konno K,et al.Tumor-associated macrophages as major players in the tumor microenvironment[J].Cancers (Basel),2014,6(3):1670-1690.

9Solinas G,Schiarea S,Liguori M,et al.Tumor-conditioned macrophages secrete migration-stimulating factor: a new marker for M2-polarization, influencing tumor cell motility[J].J Immunol,2010,185(1):642-652.

10Ferrante CJ,Leibovich SJ.Regulation of macrophage polarization and wound healing[J].Adv Wound Care,2012,1(1):10-16.

11Bhattacharjee A,Shukla M,Yakubenko VP,et al.IL-4 and IL-13 employ discrete signaling pathways for target gene expression in alternatively activated monocytes/macrophages[J].Free Radic Biol Med,2013,54:1-16.

12Van Dyken SJ,Locksley RM.Interleukin-4-and interleukin-13-mediated alternatively activated macrophages: roles in homeostasis and disease[J].Annu Rev Immunol,2013,31(1):317-343.

13Gordon S,Martinez FO.Alternative activation of macrophages: mechanism and functions[J].Immunity,2010,32(5):593-604.

14Murray PJ.The JAK-STAT signaling pathway: input and output integration[J].J Immunol,2007,178(5):2623-2629.

15Chawla A.Control of macrophage activation and function by PPARs[J].Circ Res,2010,106(10):1559-1569.

16Spence S,Fitzsimons A,Boyd CR,et al.Suppressors of cytokine signaling 2 and 3 diametrically control macrophage polarization[J].Immunity,2013,38(1):66-78.

17Rauh MJ,Ho V,Pereira C,et al.SHIP represses the Generation of alternatively activated macrophages[J].Immunity,2005,23(4):361-374.

18Liu Y,Stewart KN,Bishop E,et al.Unique expression of suppressor of cytokine signaling 3 is essential for classical macrophage activation in rodents in vitro and in vivo[J].J Immunol,2008,180(9):6270-6278.

19謝冰冰,董燕,吳陽(yáng)陽(yáng),等.巨噬細(xì)胞極化的信號(hào)通路及其與疾病的關(guān)系[J].中藥新藥與臨床藥理,2014,25(1):107-112.

20Goh J,Ladiges WC.Exercise enhances wound healing and prevents cancer progression during aging by targeting macrophage polarity[J].Mech Ageing Dev,2014,139:41-48.

21熊思東.疾病發(fā)病中的巨噬細(xì)胞極化:機(jī)制與作用[J].現(xiàn)代免疫學(xué),2010,30(5):353-360.

22Melgert BN,Ten Hacken NH,Rutgers B,et al.More alternative activation of macrophages in lungs of asthmatic patients[J].J Allergy Clin Immunol,2011,127(3):831-833.

23Kim EY,Battaile JT,Patel AC,et al.Persistent activation of an innate immune response translates respiratory viral infection into chronic lung disease[J].Nat Med,2008,14(6):633-640.

24Draijer C,Robbe P,Boorsma CE,et al.Characterization of macrophage phenotypes in three murine models of house-dust-mite-induced asthma[J].Mediators Inflamm,2013:632049.

25Melgert BN,Oriss TB,Qi Z,et al.Macrophages: regulators of sex differences in asthma?[J].Am J Respir Cell Mol Biol,2010,42(5):595-603.

26Moreira AP,Cavassani KA,Hullinger R,et al.Serum amyloid P attenuates M2 macrophage activation and protects against fungal spore-induced allergic airway disease[J].J Allergy Clin Immunol,2010,126(4):712-721.

27Teng X,Li D,Champion HC,et al.FIZZ1/RELMalpha, a novel hypoxia-induced mitogenic factor in lung with vasoconstrictive and angiogenic properties[J].Circ Res,2003,92(10):1065-1067.

28Lee CG,Da Silva CA,Dela Cruz CS,et al.Role of chitin and chitinase/chitinase-like proteins in inflammation, tissue remodeling, and injury[J].Annu Rev Physiol,2011,73(4):479-501.

綜述

收稿日期：(2015-07-24)

【DOI】10.3969 / j.issn.1671-6450.2015.12.030

通信作者：聶漢祥，E-mail:nhxbj@sohu.com

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(No.81500021)