巨噬細(xì)胞及組蛋白乙?；瘜?duì)其極化的調(diào)控①

樊雪梅 容 松

(遵義醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院,遵義563003 )

巨噬細(xì)胞(Macrophage，Mφ)是極具異質(zhì)性和可塑性的免疫細(xì)胞之一，更是宿主免疫防御系統(tǒng)啟動(dòng)和調(diào)節(jié)的重要組成部分。Mφ在不同微環(huán)境信號(hào)刺激下可極化為多種具有不同功能的亞型，其中具有促炎效應(yīng)的經(jīng)典活化型巨噬細(xì)胞(Classically activated macrophage,M1)和抗炎效應(yīng)的替代活化型巨噬細(xì)胞(Alternatively activated macrophage,M2)是Mφ極化后的兩類主要亞型，它們對(duì)多種炎癥疾病、腫瘤、代謝疾病進(jìn)展具有重要調(diào)節(jié)作用。故此，明晰M1/M2極化機(jī)制、功能以及如何調(diào)控M向兩類亞型極化，可能對(duì)臨床疾病療法新方向的研究具有重要意義。表觀遺傳學(xué)為學(xué)者們提供了從基因?qū)用嫜芯考?xì)胞表達(dá)變化的理論基礎(chǔ)，它是指DNA序列不改變但基因表達(dá)發(fā)生變化的學(xué)科，其調(diào)控基因表達(dá)變化的機(jī)制主要有：組蛋白修飾、DNA甲基化及非編碼RNA[1]。這些機(jī)制與基因表達(dá)的改變有關(guān)，并以此實(shí)現(xiàn)對(duì)不同的細(xì)胞發(fā)育及功能的調(diào)節(jié)，包括Mφ極化[2]，這些發(fā)現(xiàn)使以操控表觀遺傳為切入點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)控Mφ極化極具前景。

1 Mφ的極化、功能及表型特征

Mφ是具有異質(zhì)性、可塑性及多能性的免疫細(xì)胞，主要通過介導(dǎo)促炎和抗炎細(xì)胞因子的釋放以維持體內(nèi)平衡[3]。 Mφ可在復(fù)雜的微環(huán)境中極化為多種亞型，獲得不同的功能表型，從而發(fā)揮不同的功能。所謂Mφ極化即Mφ響應(yīng)不同微環(huán)境信號(hào)，發(fā)展為對(duì)組織穩(wěn)態(tài)或宿主防御有特定功能表型的過程[4]。 如炎性細(xì)胞因子(IFN-γ、TNF-α)、病原體相關(guān)分子模式(LPS)和損傷相關(guān)分子模式(熱休克蛋白、三磷酸腺苷)等微環(huán)境可誘導(dǎo)Mφ極化為具有促炎作用的功能表型，這類Mφ被稱為M1。另一方面，在Th2細(xì)胞因子(IL-4、IL-13)、抗炎分子(IL-10、糖皮質(zhì)激素、腺苷單磷酸)環(huán)境、免疫復(fù)合物(IC)和凋亡細(xì)胞的誘導(dǎo)下，Mφ可極化為具有抗炎、促受損組織修復(fù)的功能表型[5]，這類Mφ被稱為M2。M1可通過表達(dá)大量的炎性細(xì)胞因子(TNF-α、IL-6、IL-1β)、上調(diào)MHCⅡ、共刺激分子(CD40、CD86)、Th1-和Th17-源性細(xì)胞因子(IL-12、IL-27)及Th1-源性趨化因子(CXCL9、CXCL10)等，以促進(jìn)細(xì)胞毒性適應(yīng)性免疫[5,6]。此外，M1還能誘導(dǎo)胰島素抵抗破壞組織和損害代謝穩(wěn)態(tài)[7]。M2可通過表達(dá)IL-10、TGF-β等抗炎分子和表達(dá)高水平的內(nèi)吞受體(CD163、Stabilin-1)、c型凝集素受體(CD206、dectin-1)等參與抗炎過程[5,8,9]。簡(jiǎn)言之，M1可清除入侵微生物及腫瘤細(xì)胞并促進(jìn)Ⅰ型免疫反應(yīng)，參與初始炎癥，M2主要參與碎片清除、血管生成、組織重塑及傷口愈合并促進(jìn)Ⅱ型免疫反應(yīng)，在炎癥反應(yīng)中發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)及后期修復(fù)作用，此外，M2還與促進(jìn)代謝穩(wěn)態(tài)免疫、腫瘤生長(zhǎng)及進(jìn)展相關(guān)[10-12]。

M1、M2是Mφ極化后的兩類主要亞群，亦是該極化過程的兩個(gè)極端，但仍有多種Mφ極化后的中間表型存在，如目前發(fā)現(xiàn)M2的四種附加亞型：М2a 、M2b、M2c、M2d(М2a由IL-4、IL-13等誘導(dǎo)，發(fā)揮組織修復(fù)作用，M2b由免疫復(fù)合物等誘導(dǎo)，發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用；M2c由IL-10、TGF-β等誘導(dǎo)，發(fā)揮抗炎作用；M2d具有腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞特征)，以及M3轉(zhuǎn)換表型[13](M3 switch phenotype，已在肺部疾病中發(fā)現(xiàn))。 Mφ極化的類型不同，表達(dá)的標(biāo)記物也不同，如 TLR-4、MARCO受體、CD25、CD80可作為M1的表型特征，甘露糖受體、CD163、CD206等可作為M2的表型特征。Sun等[14]報(bào)道CD16、CD32、CD80、CD86、IL-1R、IL-12、IL-23等可作為M1的表面標(biāo)記，M1可釋放IL-12、IL-6、TNF-α、IL-1、ROS、iNOS、NO等炎性細(xì)胞因子及CXCL5、CXCL9、CXCL10、CXCL11等趨化因子以招募其他免疫細(xì)胞，發(fā)揮促炎作用； CCR2、IL-1R(M2a)，CD80、CD86(M2b)，CD150、CD163、IL-1R(M2c)可作為M2各類附加亞型的表面標(biāo)記，釋放IL-10、IL-12、TGF-β、Arg-1、PDGF、MMP-9等因子，發(fā)揮抗炎、修復(fù)、促纖維化等作用。李康等[15]認(rèn)為iNOS、IL-12、CD16/32可用于鑒定M1，Arg-1、CD206、Dectin-1可用于鑒定M2。一項(xiàng)mRNA轉(zhuǎn)錄表達(dá)譜的研究還發(fā)現(xiàn)了M1的新標(biāo)記物：CD38、Gpr18、Fpr2以及M2的新標(biāo)記物[16]：Myc、Egr2。Mφ發(fā)生表型的轉(zhuǎn)換，表達(dá)不同的表面標(biāo)記物及分泌不同的細(xì)胞因子，與其所處的環(huán)境信號(hào)變化及胞內(nèi)信號(hào)變化息息相關(guān)。研究表明在不同的微環(huán)境中，基因?qū)用孓D(zhuǎn)錄因子表達(dá)的變化調(diào)控可指導(dǎo)Mφ發(fā)生向M1 、M2表型的轉(zhuǎn)換[2]。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)體和轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)的失活可將Mφ極化為高表達(dá)M1標(biāo)記物的促炎癥表型[17]。Mφ極化受STAT1和STAT3/STAT6細(xì)胞信號(hào)之間平衡的調(diào)控。此外，STATs、IFN-調(diào)節(jié)因子(IRF)[18]、過氧化物酶體增殖物激活受體(PPAR)-γ、核因子(NF)-κB和激活蛋白(AP)等細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)成分在Mφ極化中過程也起極其重要的作用[2]。若能操控這些信號(hào)基因表達(dá)的變化，繼而調(diào)控Mφ向抗炎性M1及促炎性M2的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同疾病階段的控制，可能是當(dāng)前學(xué)者們值得努力的方向。

前文提到表觀遺傳修飾可改變細(xì)胞基因表達(dá)，而組蛋白乙?；质潜碛^遺傳學(xué)機(jī)制中最常見的類型，故學(xué)者們對(duì)如何操控組蛋白乙?；淖兓瘡亩_(dá)到調(diào)控Mφ的極化燃起了極大興趣，下文將總結(jié)近年來組蛋白乙?；{(diào)控Mφ極化的研究進(jìn)展。

2 組蛋白乙?；瘜?duì)巨噬細(xì)胞極化的調(diào)控

表觀遺傳控制基因表達(dá)對(duì)細(xì)胞分化和發(fā)育至關(guān)重要，Mφ的極化也受組蛋白修飾等機(jī)制調(diào)控。組蛋白修飾包括：乙?；?去乙酰化、甲基化/去甲基化、磷酸化、ADP核糖基化、脫氨作用、泛素化和SUMO化等，這些機(jī)制可通過改變影響染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的組蛋白的電荷，對(duì)細(xì)胞基因表達(dá)進(jìn)行上調(diào)或下調(diào)[2,19]。TLR可誘導(dǎo)Mφ中組蛋白的乙?；?，該變化可致染色質(zhì)重塑和促進(jìn)炎性基因表達(dá)[20]。組蛋白乙?；叭ヒ阴；墙M蛋白修飾的常見類型，由乙酰轉(zhuǎn)移酶(HATs)和脫乙酰酶(HDACs)催化。 HAT從乙酰CoA轉(zhuǎn)移乙?；劫嚢彼醾?cè)鏈的ε-氨基，實(shí)現(xiàn)組蛋白的乙酰化，這對(duì)染色質(zhì)重塑和基因表達(dá)具有重要作用，而HDAC則是從賴氨酸尾部去除乙?；蛊淙ヒ阴；?。組蛋白乙?；螅湔姾杀恢泻?，使組蛋白和DNA鏈之間的相互作用減弱，導(dǎo)致組蛋白N-末端從DNA鏈移開[21]，提供對(duì)DNA調(diào)節(jié)元件更大的可及性，這些變化使染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，最終上調(diào)基因表達(dá)。而組蛋白的去乙?；瘎t提供了對(duì)DNA調(diào)節(jié)元件的轉(zhuǎn)錄抑制。抑制HDAC可降低組蛋白的去乙?；?，提供更大的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)可及性及增加基因表達(dá)，抑制HATs則可減少基因表達(dá)[22]。

2.1組蛋白乙?；龠M(jìn)Mφ極化 HAT是一組具有不同催化結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)，分為：Gcn5 N-乙酰轉(zhuǎn)移酶(GNATs)和Morf、Ybf2、Sas2、Tip60 HATs兩個(gè)家族，除此以外還有一類非典型的HAT：如p300/CBP、核受體共激活因子，它們是同樣具有催化乙酰轉(zhuǎn)移酶活性功能的蛋白質(zhì)，但不具典型的HAT結(jié)構(gòu)域[23]。HAT可調(diào)控M1、M2的基因表達(dá)。Feng等[24]的研究顯示 p300/CBP在一系列條件下可將干擾素調(diào)節(jié)因子5(IRF5)乙酰化，促進(jìn)靶基因(如與M1極化相關(guān)的因子TNF、IL-6、IFN-γ等)的H3組蛋白乙?；瑥亩险{(diào)這些靶基因的表達(dá)，以促進(jìn)M1極化。 來自寄生蟲的某些分泌性因子可下調(diào)TNF、IL-6、NOS2等靶基因在M1小膠質(zhì)細(xì)胞(中樞神經(jīng)系統(tǒng)原位Mφ)中的表達(dá)。這些分泌性因子抑制靶基因中的H3K4me3和H3K9/14Ac(H3組蛋白的兩種修飾：三甲基化賴氨酸4和乙?；嚢彼?/14)，并促進(jìn)RNA聚合酶Ⅱ募集到Arg1啟動(dòng)子(Arg1是M2的表面標(biāo)記物)[25]。

2.2組蛋白去乙?；龠M(jìn)Mφ極化 HDAC催化組蛋白去乙?；且粋€(gè)動(dòng)態(tài)的過程，目前發(fā)現(xiàn)并鑒定的有18種哺乳動(dòng)物的HDAC，其分以下五類：Ⅰ類(HDAC1，HDAC2，HDAC3)、Ⅱa類(HDAC4，HDAC5，HDAC7和HDAC9)、Ⅱb類(HDAC6和HDAC10)、Ⅲ類(由NAD+依賴的HDACs組成)和Ⅳ類(HDAC11)[19,23]。Chen等[26]對(duì)HDAC3的研究表明，該酶可使IFN-β表達(dá)增加以促進(jìn)Mφ對(duì)LPS的反應(yīng)性。在動(dòng)脈粥樣硬化疾病研究中亦發(fā)現(xiàn)該酶還可增強(qiáng)IL-6、NO的分泌及抑制TGF-β表達(dá)[27,28]。HDAC3在Mφ中具有促炎效應(yīng)，該促炎作用可結(jié)合PU.1并抑制M2信號(hào)基因H3K9的乙?；痆29]，而PU.1是轉(zhuǎn)錄因子ETS家族的重要成員,在機(jī)體免疫調(diào)節(jié)及炎癥反應(yīng)中起核心調(diào)節(jié)作用[30]?？傊?，HDAC3是M1極化的關(guān)鍵啟動(dòng)子，促進(jìn)M1極化的同時(shí)，還可抑制M2極化[31]。Ⅱa類HDACs(如HDAC7)也被證明可以促進(jìn)M1表型，可與低氧誘導(dǎo)因子1-α相互作用并誘導(dǎo)M1中IL-12b、IL-6等炎性因子的表達(dá)[32]。

抑制Mφ中幾種Ⅰ類和Ⅱ類HDAC將下調(diào)模式識(shí)別受體、活化標(biāo)記物，細(xì)胞因子及趨化因子的表達(dá)水平，同時(shí)，也影響活性氧(ROS)、NO的分泌及諸如趨化、吞噬作用、細(xì)胞凋亡等過程[27,33]。如Lugrin等[34]報(bào)道：具有促炎作用的巨噬細(xì)胞移動(dòng)抑制因子(MIF，可促進(jìn)Mφ極化為M1)是HDAC抑制的下游靶點(diǎn)，Wang等[35]認(rèn)為抑制HDAC可通過誘導(dǎo)原位小膠質(zhì)細(xì)胞極化為M2型，從而發(fā)揮腦損傷后的保護(hù)作用。Thangavel等[36]、Nilubol等[37]、Morales等[38]認(rèn)為抑制HDAC可調(diào)節(jié)與炎癥、癌癥、心血管病等多種疾病相關(guān)的不同基因的乙?；癄顟B(tài)。HDAC抑制劑(如曲古霉素A、Scriptaid、ITF2357、丙戊酸)治療動(dòng)物呼吸道炎性損傷及消化道疾病的研究也表明，HDAC抑制劑可減少炎性細(xì)胞因子、趨化因子及M1的表達(dá)，促進(jìn)M2極化，從而發(fā)揮調(diào)控炎癥的作用。Aung等[39]將曲古霉素A(通過螯合HDAC中心的鋅指結(jié)構(gòu)進(jìn)而抑制酶活性的酶抑制劑)引入細(xì)胞后，發(fā)現(xiàn)Ccl2、Ccl7、Edn1(由M1表達(dá))受到抑制，從而減輕炎癥，它還能通過磷酸化p38MAPK減輕TNF-α、NO、ROS等促炎因子的表達(dá)。類似地，Wang等[35]利用Scriptaid經(jīng)增加糖原合酶激酶3β(GSK3β)表達(dá)，使小膠質(zhì)細(xì)胞極化為M2型。Glauben等[40]證實(shí)ITF2357可減少IL-6及其受體(可由M1高表達(dá)的炎癥性因子)的表達(dá)，丙戊酸可通過下調(diào)促炎細(xì)胞因子的表達(dá)及細(xì)胞標(biāo)志物CD40和CD80以減弱M1的表達(dá)[41]，同時(shí)下調(diào)抗炎細(xì)胞因子CD86 以增加M2的表達(dá)。此外，抑制Mφ中的HDAC3后，LPS誘導(dǎo)的IFNb啟動(dòng)子的組蛋白乙?；瘞缀跬耆?IFNb基因的誘導(dǎo)和下游IFN的響應(yīng)強(qiáng)烈依賴于HDAC3)，抑制HDAC6的研究也證實(shí)了該抑制作用可下調(diào)促炎反應(yīng)和上調(diào)IL-10(一種多能抗炎因子)的表達(dá)以保護(hù)LPS所致的損傷[42]。Hu等[19]在百草枯誘導(dǎo)的肺纖維化模型中發(fā)現(xiàn)，抑制HDAC可增加IL-6表達(dá)(M1高表達(dá)，在肺纖維化中起核心作用)及增強(qiáng)CRISPR-ON轉(zhuǎn)錄激活系統(tǒng)(一種RNA引導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄激活系統(tǒng)，可有效誘導(dǎo)特異性基因表達(dá))以促進(jìn)IL-6轉(zhuǎn)錄的能力[43,44]。

由此可見，HDAC酶家族具有促進(jìn)M1極化、增強(qiáng)Mφ中LPS的反應(yīng)性的功能，HDAC抑制劑可通過調(diào)節(jié)疾病中各種細(xì)胞因子的轉(zhuǎn)錄狀態(tài)，從而發(fā)揮其靶向治療的作用，這可能對(duì)臨床抑制Mφ介導(dǎo)的炎癥治療具有一定潛力和引導(dǎo)價(jià)值。大量研究證實(shí)[45]：HDAC抑制劑具有抑制各種炎癥和IFN靶基因誘導(dǎo)的效應(yīng)，可減少M(fèi)1及M1促炎性細(xì)胞因子的表達(dá)，促進(jìn)Mφ向抗炎性M2極化的功能。組蛋白去乙?；蛞阴；钦{(diào)節(jié)Mφ極化走向重要機(jī)制之一(另一重要機(jī)制是DNA甲基化與去甲基化)。研究表明聯(lián)合使用甲基化抑制劑(Aza)和HDAC抑制劑(TSA)可減少M(fèi)1表達(dá)，同時(shí)增加LPS誘導(dǎo)的小鼠骨髓衍生Mφ中M2的表達(dá)[36]，聯(lián)合使用Aza + TSA可顯著降低LPS誘導(dǎo)的小鼠骨髓衍生Mφ中趨化因子和炎性細(xì)胞因子mRNA的表達(dá)，單獨(dú)使用TSA處理LPS誘導(dǎo)的Mφ，其 NO合酶表達(dá)降低，而CD206(M2表面標(biāo)記物)表達(dá)增加[36]。

3 展望和挑戰(zhàn)

Mφ可在不同微環(huán)境刺激下極化為功能不同的亞型，當(dāng)機(jī)體受損時(shí)，Mφ首先極化為促炎性M1，釋放促炎細(xì)胞因子、趨化因子等，參與損傷的初時(shí)炎癥反應(yīng)，該類炎癥因子的表達(dá)較短暫，并很快被抑制到接近基線的水平[45]，隨后具有抗炎性的M2表達(dá)增加，抑制M1表達(dá)的同時(shí)還分泌IL-10等抗炎性因子，促進(jìn)損傷組織的修復(fù)重塑及穩(wěn)態(tài)的保持，但若該狀態(tài)持續(xù)，損傷組織可能因過度保護(hù)而形成不可逆轉(zhuǎn)的纖維化病變。表觀遺傳修飾具有確定組織損傷部位Mφ命運(yùn)的能力[2]，利用表觀遺傳修飾調(diào)控Mφ極化走向的研究可能對(duì)未來治療Mφ介導(dǎo)的疾病具有重要指導(dǎo)意義，針對(duì)靶基因進(jìn)行對(duì)應(yīng)表觀遺傳修飾，從而使相應(yīng)疾病階段的有害Mφ亞型表達(dá)減少，有益Mφ亞型增加，此類治療方案可能是未來臨床基因療法的方向。然而，表觀遺傳修飾調(diào)控Mφ極化及功能的研究仍處早期階段，未來研究令人期許的同時(shí)，我們也面臨著巨大的挑戰(zhàn)，如進(jìn)行靶基因修飾后目標(biāo)Mφ亞型表達(dá)的減少或增加惡性持續(xù)，可能會(huì)對(duì)機(jī)體造成更大的損傷，如何把握及停止其增殖或減少程度，是我們將不斷深入研究的課題。再者，基因靶向修飾的研究尚處早期階段，臨床試驗(yàn)更是少見，在該類技術(shù)運(yùn)用到人類之前，仍需要大量臨床研究的支持。