靶向巨噬細胞極化調控在炎性疾病及腫瘤治療中的研究進展

王 琳，徐 萍，王 靜

(1.南京醫(yī)科大學，南京210029； 2.南京醫(yī)科大學附屬松江醫(yī)院 上海市松江區(qū)中心醫(yī)院消化內科，上海201600)

巨噬細胞在組織穩(wěn)態(tài)和炎癥中發(fā)揮核心作用，參與多種疾病的病理生理過程。其不同表型在維持機體平衡方面扮演不同的角色，M1型巨噬細胞主要由γ干擾素(interferon-γ，IFN-γ)和內毒素誘導，分泌促炎細胞因子[白細胞介素(interleukin，IL)-1β、IL-6、IL-12和腫瘤壞死因子-α]來驅動炎癥反應。M2型巨噬細胞主要由IL-4和IL-13誘導，分泌抗炎因子(IL-10、精氨酸酶1和轉化生長因子-β)發(fā)揮重要的抗炎作用。而調控巨噬細胞的極化狀態(tài)與臨床大多數(shù)疾病的發(fā)生、發(fā)展及轉歸密切相關。由于各種疾病微環(huán)境狀態(tài)的改變，巨噬細胞呈現(xiàn)一個功能狀態(tài)的動態(tài)變化，因此以巨噬細胞極化調控為靶點成為控制疾病進展及治療疾病的新思路。如IL-33增加了巨噬細胞M2型分泌物，從而促進腎損傷修復、腎臟纖維化[1]。Liu等[2]利用IL-34驅動M2型巨噬細胞極化，發(fā)揮抗炎作用，從而保護肝臟免受肝炎損害。神經(jīng)巨噬細胞(小膠質細胞)不同極化類型比例的變化在病變損傷及修復過程中起雙重作用[3]。了解巨噬細胞起源、極化機制、在組織穩(wěn)態(tài)和疾病狀態(tài)下的極化演變過程可能有利于發(fā)現(xiàn)更多干預巨噬細胞極化轉變的新方法。現(xiàn)就靶向巨噬細胞極化調控在炎性疾病及腫瘤治療中的研究進展予以綜述。

1 巨噬細胞

1.1起源 最早的觀點認為，巨噬細胞起源于骨髓造血干細胞，屬于單核細胞系統(tǒng)，以單核細胞的形式在血液中運輸，并以巨噬細胞的形式浸潤組織，然后在不同的組織特定生長因子作用下分化為不同的亞型，即不同的組織特異巨噬細胞(如中樞神經(jīng)系統(tǒng)的小膠質細胞、肝臟中的庫普弗細胞等)[4]。然而，血液中招募的單核細胞特征并不完全適用于組織駐留巨噬細胞，對組織駐留巨噬細胞的穩(wěn)態(tài)并沒有實質性貢獻。有研究發(fā)現(xiàn)，在第一代造血干細胞出現(xiàn)之前就有巨噬細胞存在于胚胎組織，表明巨噬細胞可以源自在出生前定植于發(fā)育組織的造血干細胞非依賴前體細胞，這些組織駐留巨噬細胞能夠獨立于血液中單核細胞的補充，并具有自我更新能力以適應局部微環(huán)境變化，發(fā)揮不同的功能[5]。雖然在胚胎中發(fā)現(xiàn)了巨噬細胞，但這些巨噬細胞的來源以及向巨噬細胞分化的途徑及過程還需進一步研究。有研究已經(jīng)表明，胚胎來源的前體細胞以Cx3cr1依賴的方式定植于胚胎，在器官形成的過程中分化為組織駐留巨噬細胞；不同的組織巨噬細胞群起源不同，其起源包括胚胎祖細胞(如卵黃囊巨噬細胞)和成人單核細胞[6]。

1.2巨噬細胞極化調節(jié) 巨噬細胞的表型特征是由穩(wěn)態(tài)過程中局部環(huán)境決定的，在炎癥中駐留的巨噬細胞被原位激活，單核來源的巨噬細胞被招募到組織中。巨噬細胞極化是一種動態(tài)變化，既可極化為M1型巨噬細胞或M2型巨噬細胞，也可在兩種表型之間相互轉化，雖然巨噬細胞極化類型的二分法并未達成共識，但有助于理解巨噬細胞的主要功能差異，這一概念目前仍普遍適用。然而，體外活化實驗證明，由于個體發(fā)育的不同，組織駐留巨噬細胞表現(xiàn)出功能差異性，如內毒素刺激的肝臟來源的肺泡巨噬細胞抑制T細胞增殖的能力減弱，而內毒素刺激的卵黃囊衍生的小膠質細胞刺激T細胞增殖的能力減弱；另外，刺激不同起源的巨噬細胞，則巨噬細胞轉錄特征也表現(xiàn)出顯著差異[7]。影響巨噬細胞極化的決定性因素尚未明確，目前巨噬細胞的活化更傾向于組織微環(huán)境的影響。

巨噬細胞的極化和功能受相互連接的某些通路的調控，涉及多種信號通路轉導、轉錄和轉錄后調控網(wǎng)絡。最常見的為促進M1型巨噬細胞極化的酪氨酸激酶(Janus kinase，JAK)/信號轉導及轉錄激活因子(signal transduction and activator of transcription，STAT)1通路和促進M2型巨噬細胞極化的JAK-STAT3/STAT6通路，內毒素就是通過STAT1-STAT2二聚體形成誘導M1型相關基因表達[8]。有研究證明，過氧化物酶體增殖物激活受體γ在體內外均可誘導M2型巨噬細胞極化，且與STAT6和核因子κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)通路有關[9]。通過磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)信號通路激活蛋白激酶B(protein kinase B，Akt/PKB)2有利于M1型巨噬細胞極化，激活Akt1有利于M2型巨噬細胞極化[10]。cAMP反應元件結合蛋白/CCAAT増強子結合蛋白信號通路在M1和M2型巨噬細胞極化過程中均發(fā)揮調節(jié)作用[11]。各種轉錄調節(jié)因子在巨噬細胞極化調節(jié)中也起一定作用，敲除小鼠干擾素調節(jié)因子1和干擾素調節(jié)因子2基因，則其對內毒素誘導的M1型巨噬細胞極化反應消失，而干擾素調節(jié)因子5缺陷的巨噬細胞細菌清除能力下降[12]。目前證據(jù)表明，微RNA和長鏈非編碼RNA也參與巨噬細胞極化調節(jié)[13]。

2 巨噬細胞極化與炎性疾病

在機體發(fā)育和成熟過程中，巨噬細胞通過先天免疫對死亡細胞進行吞噬清除來保護宿主。正常機體M1/M2極化處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，當機體受到刺激時兩者比例發(fā)生變化，這種變化很大程度上取決于巨噬細胞所在位置及刺激活化的因素。巨噬細胞活化表型在疾病進展中的作用已得到共識。M1型巨噬細胞出現(xiàn)在以Toll樣受體和干擾素信號為主導的炎癥環(huán)境中，通常與細菌和細胞內病原體的免疫有關；M2型巨噬細胞存在于以輔助性T細胞(helper T cell，Th細胞)2反應為主的環(huán)境中(如寄生蟲免疫和哮喘)[14-16]。根據(jù)巨噬細胞的來源特點，胎兒巨噬細胞缺失或功能破壞可引起一系列身體功能的異常[17-18]。而在感染、損傷等情況下，發(fā)生M1型巨噬細胞極化產(chǎn)生大量腫瘤壞死因子-α、誘導型一氧化氮合酶等促炎細胞因子，促進炎癥發(fā)生；不僅如此，巨噬細胞在糖尿病、動脈粥樣硬化等慢性炎癥性疾病及腫瘤的發(fā)生中也發(fā)揮重要作用[19-21]。改變巨噬細胞極化狀態(tài)來控制疾病進展已成為各學科研究的熱點。

2.1巨噬細胞極化與膿毒癥 巨噬細胞作為全身炎癥反應的樞紐，在炎性疾病的發(fā)生發(fā)展中起著啟動、調控和效應作用。最初，活化的巨噬細胞(被認為主要為M1型)吞噬細菌，并分泌一系列細胞因子來對抗病原體。然而，炎癥失調往往導致不可預測的損傷，過度活化的巨噬細胞將會放大炎癥反應。膿毒癥是宿主對感染的免疫反應失調引起的一種危及生命的器官功能障礙綜合征。巨噬細胞過度激活導致全身系統(tǒng)性炎癥反應，這一發(fā)生過程機制復雜，可能與NF-κB及PI3K/Akt等多種信號通路有關，且均涉及M1/M2型巨噬細胞表型變化。巨噬細胞在膿毒癥的各個階段(如吞噬、殺菌、抗原呈遞、炎癥因子分泌等)均發(fā)揮作用，故有效抑制M1型巨噬細胞極化，減少炎癥因子釋放在膿毒癥的治療中具有積極作用。

在干細胞治療敗血癥模型大鼠中發(fā)現(xiàn)，傷后48 h 治療組大鼠較模型組大鼠肺組織炎癥減輕，炎癥細胞浸潤減少，且流式細胞檢測到治療組大鼠腹腔M1型巨噬細胞表面標志物CD11c顯著少于模型組[22]。敲除G蛋白偶聯(lián)受體(G protein receptor，GPR)174的小鼠在內毒素誘導的肺組織損傷程度減輕，調節(jié)性T細胞消耗的GPR174缺陷小鼠肺組織炎癥加重，將來自GPR缺陷小鼠的調節(jié)性T細胞移植到受體小鼠，則受體小鼠肺組織炎癥減輕，且檢測到高表達的M2型巨噬細胞，說明敲除小鼠GPR174基因可減少其對調節(jié)性T細胞的抑制作用，進而誘導巨噬細胞向M2型極化以減輕膿毒癥的癥狀[23]。ATP結合蛋白家族成員ABCF1(protein ATP-binding cassette subfamily member 1)的泛素化可以使炎癥從依賴髓樣分化因子88信號通路的早期階段轉移至依賴β干擾素TIR結構域銜接蛋白信號通路的晚期階段，即調節(jié)巨噬細胞M1型極化至M2型極化階段，缺乏ABCF1的巨噬細胞呈現(xiàn)M1型，導致促炎細胞因子產(chǎn)生[24]。實驗證明，糖蛋白130信號在M2型巨噬細胞極化中發(fā)揮重要作用，M2型極化時糖蛋白130上調，特異性糖蛋白130信號缺失導致M2型巨噬細胞極化缺陷，增加了膿毒癥炎性反應及膿毒癥期間病死率[25]。在益生菌治療膿毒癥模型小鼠中發(fā)現(xiàn)，益生菌可抑制Akt信號通道，抑制巨噬細胞向M1型極化而減輕炎癥癥狀[26]。Feng等[27]證實，黃酮類藥物在體內外均可調節(jié)巨噬細胞M1/M2比例變化，在體內可通過抑制p65信號通路來減少炎癥因子釋放，發(fā)揮抗炎作用。

2.2巨噬細胞極化與炎癥性腸病(inflammatory bowel disease，IBD) IBD是一組以黏膜免疫反應加重為特征的胃腸道慢性炎癥性疾病。巨噬細胞參與IBD發(fā)病機制，但也在維持腸道穩(wěn)態(tài)中起關鍵作用。在健康的腸道中，駐留的巨噬細胞以M2型為主，而在炎癥性腸黏膜中M1型占主導地位，促進巨噬細胞M1型極化可介導并加重結腸炎模型小鼠癥狀[28]。故改變巨噬細胞M1和M2平衡可能成為IBD治療的新方法。

纖維蛋白原樣蛋白2參與炎癥反應的免疫調節(jié)，并在結腸炎和結腸炎相關結腸癌中高表達，且主要由結腸巨噬細胞表達；在動物水平上發(fā)現(xiàn)，纖維蛋白原樣蛋白2缺乏可增加結腸炎的易感性，而這種作用與誘導巨噬細胞M1型極化有關，且體內、體外實驗均證明纖維蛋白原樣蛋白2缺乏可抑制M2型巨噬細胞極化[29]。有研究表明，人類脂肪來源的間充質干細胞可通過分泌TSG-6(tumour necrosis factor-α-induced gene 6)誘導小鼠M2型極化以改善IBD癥狀[30]。目前認為，腸道微生物菌群與IBD病情嚴重程度有關，通過飲食改變肥胖相關腸病腸道微生物代謝可增加微生物菌群多樣性，改善腸道炎癥，在這一過程中發(fā)現(xiàn)巨噬細胞M1型向M2型的轉變，而幽門螺桿菌定植可增加結腸M2型巨噬細胞的數(shù)量，并顯著改善慢性結腸炎癥狀[31]。研究發(fā)現(xiàn)，1,25二羥基維生素D3可以促進M1型巨噬細胞向M2型極化，維持巨噬細胞亞型平衡，改善結腸炎[32]?？傊种芃1型巨噬細胞極化及促進M2型巨噬細胞極化已成為IBD的研究熱點。中藥小檗堿可募集M2型巨噬細胞，改善脂肪代謝，在葡聚糖硫酸鈉誘導的結腸炎模型中，小檗堿可通過Akt1/SOCS1(suppressor of cytokine signaling-1)/NF-κB信號通路，改善結腸炎癥狀[33]。

2.3巨噬細胞極化與哮喘 哮喘是一種以氣道高反應性和慢性氣道炎癥為特征的氣道免疫性疾病，與復雜的免疫細胞網(wǎng)絡有關。哮喘是由先天免疫細胞和適應性免疫細胞共同介導，這些細胞一起調節(jié)和促進炎癥的發(fā)生，而巨噬細胞是肺中最豐富的免疫細胞，巨噬細胞的極化與過敏性哮喘的發(fā)生密切相關，不同的巨噬細胞極化類型參與不同類型哮喘的發(fā)展。因此，了解每一種哮喘背后的機制，將有助于開發(fā)更好和更合適的哮喘治療策略。與其他疾病不同，過敏性哮喘主要是由Th2細胞炎癥免疫反應失調導致M2型巨噬細胞極化所引起的疾病。有研究表明，先天性淋巴細胞不同表型參與巨噬細胞極化表型的調節(jié)，且氣管中M2型巨噬細胞數(shù)量與人類哮喘的嚴重程度有關[34]。成年女性哮喘發(fā)病率高于男性，且肺泡巨噬細胞在雌性小鼠中較雄性小鼠表達更多的M2型巨噬細胞，表明性激素可以影響巨噬細胞極化表型，基于這一點，雄激素已被用作實驗性哮喘的治療[35]。中藥骨本方消湯已被廣泛應用于哮喘的治療，可減輕肺部炎癥和氣道重構，研究發(fā)現(xiàn)骨本方消湯治療哮喘的機制與免疫細胞、Th1和Th2細胞活化途徑有關，且可顯著抑制巨噬細胞向M2型極化[36]。原百部堿，一種活性生物堿，對急性肺損傷和急性肝衰竭有抗炎作用，可抑制實驗性哮喘小鼠模型肺部嗜酸粒細胞浸潤，減少M2型炎癥因子釋放[37]。

3 巨噬細胞極化與腫瘤

巨噬細胞的極化狀態(tài)不僅在急慢性炎癥中發(fā)揮作用，腫瘤相關巨噬細胞(tumor-associated macrophages，TAMs)作為腫瘤微環(huán)境最主要的組成部分，也參與腫瘤的發(fā)生和轉移。腫瘤中M2型巨噬細胞的存在與多種癌癥患者預后不良有關，患者體內的TAMs主要由M2型巨噬細胞組成，誘導腫瘤M2型極化可促進腫瘤細胞生長、增殖和轉移，而M1型巨噬細胞可識別腫瘤細胞并啟動靶向免疫反應[38]。

基于TAMs的特點，腫瘤生物學越來越受到研究者的重視。誘導TAMs凋亡，加快TAMs消耗可與抗腫瘤藥物協(xié)同作用來提高腫瘤患者生存率[39]。曲貝替定可抑制CC趨化因子配體2/單核細胞趨化蛋白1合成，抑制單核細胞向腫瘤組織浸潤，其已在臨床應用于乳腺癌[40]。抑制M2型極化通路(STAT3/STAT6)也是靶向TAMs治療癌癥的新方法[41]。研究發(fā)現(xiàn)，CD11b活化可通過微RNA的表達，促進M1型巨噬細胞極化而控制腫瘤生長[42]。而低溫熱療法誘導M1型巨噬細胞極化，重構宿主免疫抑制，可能長期抑制轉移[43]。Chen等[44]研究發(fā)現(xiàn)，人參和黃芪水提取物在體內能夠抑制小鼠移植瘤生長；體外實驗則發(fā)現(xiàn)，人參和黃芪水提取物可顯著抑制腫瘤細胞增殖，并促進M1巨噬細胞高表達，抑制M2型巨噬細胞表達。研究人員也在致力于尋找促進腫瘤相關巨噬細胞M2型向M1型轉化的新方法，研究發(fā)現(xiàn)，羧基化多壁碳納米管可通過激活Toll樣受體4/NF-κB信號通路，促進肺腫瘤巨噬細胞M2型向M1型轉化，從而預防癌細胞的轉移[45]。

巨噬細胞極化現(xiàn)象不僅存在于炎性疾病及腫瘤中，也存在于代謝性疾病，而代謝與慢性疾病的發(fā)生密切相關。巨噬細胞除參與體內一氧化氮和精氨酸代謝外，不同的巨噬細胞亞群還具有不同的線粒體活性。據(jù)報道，線粒體代謝是巨噬細胞極化的核心參與者，線粒體受損，內毒素刺激的M1型極化過程中糖酵解途徑被重編程，最終導致缺氧誘導因子1α和促炎細胞因子的產(chǎn)生[46]。多效性細胞因子IL-33可能通過IL-33/IL-1受體樣1通路參與調節(jié)線粒體代謝來影響巨噬細胞的極化和功能[47]。另有報道顯示，在高脂誘導的肥胖小鼠中，活性氧類通過激活p38促分裂原活化的蛋白激酶、NF-κB信號通路對M1型巨噬細胞極化的誘導和維持至關重要，且活性氧類在殺傷病原體的同時不會造成自身損傷[48]。而通過調節(jié)谷氨酰胺代謝來調控巨噬細胞極化也可能為預防肥胖或糖尿病提供一個潛在靶點[49]。有研究表明，中藥小檗堿可改善高脂飲食小鼠的代謝功能，募集M2型巨噬細胞以減少炎癥，減少肝臟組織脂肪沉積[50]。

4 小 結

巨噬細胞是先天免疫的關鍵細胞成分，在對抗病原體的第一線防御中起重要作用。正常情況下，機體的巨噬細胞表現(xiàn)為靜息狀態(tài)，病原菌感染引起宿主微環(huán)境改變，通過直接或通過影響宿主產(chǎn)生不同的炎性因子來影響巨噬細胞極化，參與宿主免疫反應。M1/M2極化的任何失衡均可能產(chǎn)生有害影響。表型和功能的多樣性與可塑性是巨噬細胞的兩大主要特征，由于刺激的多樣性和動態(tài)性，巨噬細胞表現(xiàn)出表型的多樣性，甚至從一種表型轉化為另一種表型。因此，識別巨噬細胞極化狀態(tài)，更多地了解巨噬細胞極化機制，掌握極化轉錄控制元件及環(huán)境影響因素，可能形成一個以巨噬細胞極化狀態(tài)轉變?yōu)橹行牡脑\斷和治療策略。