白細(xì)胞介素4和白細(xì)胞介素13與M2型肺泡巨噬細(xì)胞在肺纖維化中的作用研究進(jìn)展

尹健彬，皮 娜，張 旋

（昆明醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院暨云南省天然藥物藥理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明650500）

肺纖維化（pulmonary fibrosis，PF）是一種治愈難度很大而且死亡率高的慢性間充質(zhì)性肺病，其經(jīng)多種刺激因子刺激而引起肺泡上皮細(xì)胞損傷、成纖維細(xì)胞增殖、成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化和膠原的形成并引起病理性的細(xì)胞外基質(zhì)沉積，以及由于瘢痕的形成而致使肺結(jié)構(gòu)發(fā)生進(jìn)行性和不可逆性的破壞[1]，導(dǎo)致氣體交換受阻、肺功能急劇下降、呼吸困難等器官功能障礙[2]，最終發(fā)展成為因呼吸衰竭而危及生命的纖維化間充質(zhì)性肺病。雖然近些年對(duì)PF 治療的研究有了長足的發(fā)展，但是對(duì)于PF發(fā)病機(jī)制的認(rèn)識(shí)到目前仍不清楚，然而研究者們普遍認(rèn)為，在這種疾病發(fā)生發(fā)展的許多形式中通常伴有炎癥和免疫反應(yīng)的過程[3]，其中不乏包括肺泡巨噬細(xì)胞（alveolar macrophage，AM）參與的炎癥反應(yīng)和2 型輔助性T 細(xì)胞（type-2 helper T cell，Th2）參與的免疫反應(yīng)。

白細(xì)胞介素4（interleukin-4，IL-4）和IL-13 主要是由CD4+T 細(xì)胞極化的Th2 細(xì)胞亞群分泌的炎性細(xì)胞因子[4]。有研究報(bào)道，IL-4和IL-13參與支氣管哮喘的發(fā)生過程，是引起氣道高反應(yīng)性和持續(xù)炎癥的始作俑者[5]；對(duì)特發(fā)性PF 的臨床研究發(fā)現(xiàn)，患者肺組織中的Th2 相關(guān)細(xì)胞因子分泌明顯增多[6]，在PF 動(dòng)物模型上的研究更是體現(xiàn)出IL-4 和IL-13含量與PF存在正相關(guān)關(guān)系[7]；骨髓來源并存在于外周血或周圍組織中的單核細(xì)胞，是宿主防御和應(yīng)對(duì)有害刺激的先天性免疫細(xì)胞，而AM 是肺內(nèi)衍生的常駐細(xì)胞，具有吞噬和抗原提呈功能，能夠防御外來病毒和微生物入侵，是肺內(nèi)的第一道天然防線[8]；當(dāng)受到刺激時(shí)，這些新募集來的單核細(xì)胞和常駐AM在肺組織微環(huán)境中被遇到的介質(zhì)激活，分化為促炎性的經(jīng)典激活巨噬細(xì)胞（classically activated macrophages，M1）和抗炎性替代激活巨噬細(xì)胞（alternatively activated macrophages，M2）亞群。研究顯示，在PF形成過程中，M2型巨噬細(xì)胞發(fā)揮著重要的作用[9]。為闡明這一關(guān)系，本文以近年來發(fā)表的國內(nèi)外文獻(xiàn)為依據(jù)，對(duì)IL-4和IL-13與M2型巨噬細(xì)胞在PF過程中的相互作用及影響進(jìn)行綜述。

1 Th2 相關(guān)細(xì)胞因子IL-4 和IL-13 與肺纖維化

機(jī)體的免疫應(yīng)答有自限性內(nèi)在調(diào)節(jié)的功能，從而避免自身過度免疫應(yīng)答引起的損傷，以保證機(jī)體自身內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)，而其調(diào)節(jié)功能的發(fā)揮有賴于T細(xì)胞的參與[10]。研究發(fā)現(xiàn)，在外源性或自身免疫紊亂刺激下，使得機(jī)體自身異常的免疫反應(yīng)貫徹于肺部炎癥的啟動(dòng)、發(fā)展以及PF的整個(gè)過程，這讓研究者們越來越認(rèn)識(shí)到肺組織中的T細(xì)胞亞群及其分泌的細(xì)胞因子在維持免疫平衡中的重要性；免疫功能異常在肺部引起的炎癥及其后續(xù)產(chǎn)生的纖維化，不得不讓人們的目光從細(xì)胞水平轉(zhuǎn)向炎性因子介導(dǎo)的分子水平。

在經(jīng)不同抗原刺激后，CD4+T細(xì)胞可分化為表達(dá)不同細(xì)胞因子的效應(yīng)細(xì)胞群即Th1和Th2細(xì)胞亞群，因其分泌不同的細(xì)胞因子而介導(dǎo)不同的免疫應(yīng)答類型即Th1型和Th2型細(xì)胞因子反應(yīng)[11]，有研究認(rèn)為二者之間存在著相互拮抗作用，1 型反應(yīng)分泌的細(xì)胞因子在介導(dǎo)細(xì)胞免疫的同時(shí)拮抗2型反應(yīng)的發(fā)展[12]，而2 型反應(yīng)又反過來抑制1 型反應(yīng)和1 型反應(yīng)驅(qū)動(dòng)的炎癥[13]，從而保證2 個(gè)細(xì)胞亞群平衡和適度的免疫應(yīng)答。Th2 細(xì)胞群主要分泌IL-4，IL-5，IL-6，IL-10和IL-13等細(xì)胞因子[11]，以其為主介導(dǎo)的2 型免疫對(duì)機(jī)體既有保護(hù)作用[13]又有致病活性[14]，Th2細(xì)胞因子的過度產(chǎn)生是許多過敏性和纖維化疾病發(fā)生發(fā)展的主要機(jī)制。自1995 年Wallace 等首次提出PF中存在“Th2優(yōu)勢”學(xué)說以來，不斷有研究證實(shí)了這一觀點(diǎn)。最新的報(bào)道稱，碳納米管誘導(dǎo)的PF其機(jī)制主要就是激活了Th2細(xì)胞以及誘導(dǎo)產(chǎn)生了Th2細(xì)胞因子（即Th2 優(yōu)勢），特別是IL-4 和IL-13[15]。Mojiri-Forushani等[16]的研究顯示，纈沙坦對(duì)PF具有顯著的保護(hù)作用，這種效應(yīng)的有效途徑是通過抑制博來霉素誘導(dǎo)的Th2細(xì)胞因子IL-4的產(chǎn)生來實(shí)現(xiàn)。

大量研究顯示，纖維化的發(fā)生與Th2 型細(xì)胞因子的發(fā)展密切相關(guān)[17]，其主要以IL-4 和IL-13 介導(dǎo)巨噬細(xì)胞的激活、成纖維細(xì)胞的增生和分化、ECM的沉積等最終導(dǎo)致PF 的形成（圖1）。存在于AM和成纖維細(xì)胞等細(xì)胞膜表面的IL-4α 受體亞型（alpha subunit of IL-4 receptor，IL-4Rα）/IL-13Rα直接誘導(dǎo)著纖維化激活過程中的次級(jí)反應(yīng)[17]，而且證實(shí)這些受體驅(qū)動(dòng)了IL-4 和IL-13 的信號(hào)傳導(dǎo)，并增加巨噬細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的遷移和侵襲性[17-18]。Zhang等[19]研究發(fā)現(xiàn)，CpG-寡脫氧核苷酸可以防止PF 的形成，進(jìn)一步分析顯示，其可能的機(jī)制是限制了Th2相關(guān)細(xì)胞因子（IL-4和IL-13）的表達(dá)，同時(shí)使Th1 相關(guān)細(xì)胞因子（IFN-γ 和IL-12）表達(dá)增加，巨噬細(xì)胞聚集減少等。更令人振奮的是，有直接的研究結(jié)果證明，當(dāng)下調(diào)Th2 相關(guān)細(xì)胞因子時(shí)，可以阻止PF的進(jìn)程[20]。

2 M2型肺泡巨噬細(xì)胞的抗炎和促纖維化作用

圖1 T輔助性細(xì)胞及其亞群在肺纖維化中的作用.

巨噬細(xì)胞作為機(jī)體固有免疫的重要組成部分，參與包括炎癥、免疫反應(yīng)和纖維化在內(nèi)的多種疾病的發(fā)生發(fā)展過程。根據(jù)巨噬細(xì)胞活化的二分法，巨噬細(xì)胞可分為M1 和M2，M1 主要由Th1 型細(xì)胞因子IFN-γ激活，主要參與Th1型免疫反應(yīng)，其通過合成標(biāo)志性因子誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）促進(jìn)炎癥反應(yīng)；M2則由IL-4和IL-13 激活，從而上調(diào)1 型精氨酸酶（arginase type 1，Arg-1）、Fizzl、YM-1（幾丁質(zhì)酶家族成員）和甘 露 糖 受 體（mannose receptor，MR）等 標(biāo) 志物[21-22]。有研究顯示，在PF進(jìn)程中，M1和M2之間存在相互拮抗性的平衡，即M1 以促炎和細(xì)胞毒性為主，M2 則以抗炎和促纖維化為主。值得注意的是，肺組織在由急性炎性損傷向慢性PF 轉(zhuǎn)變過程也伴隨著M1 向M2 的轉(zhuǎn)變，并最終以M2 為主[23]。目前多數(shù)學(xué)者普遍認(rèn)為，M1和M2的本質(zhì)區(qū)別在于它們分泌的標(biāo)記分子iNOS 和Arg-1 對(duì)底物L(fēng)-精氨酸競爭代謝的問題，iNOS催化精氨酸生成NO和瓜氨酸，而Arg-1與精氨酸結(jié)合生成尿素和鳥氨酸；鳥嘌呤是膠原蛋白的前體，從而有利于膠原的形成及最終導(dǎo)致PF[24]。

有研究認(rèn)為，炎性單核細(xì)胞衍生的M1是促M(fèi)2的主要來源[25]，然而這種前體關(guān)系的直接證據(jù)是有限的。當(dāng)然更多的證據(jù)則認(rèn)為肺中M2主要是來源于AM，當(dāng)用平陽霉素（博來霉素）處理AM 缺陷的CSF-1 敲除小鼠時(shí)，表現(xiàn)出M2 的聚集減少[26]。即使這樣，單核細(xì)胞和組織衍生的M2 還是能被有效地區(qū)分出來。研究顯示[27]，2 種來源的M2 都表達(dá)Arg1，Ym-1 和Fizz-1，但只有單核細(xì)胞衍生的M2表達(dá)PD-L2，Raldh2，CD206 和CX3CR1，這就為M2 來源的進(jìn)一步探討提供了有力的支撐。另外，在人和嚙齒動(dòng)物的纖維化發(fā)生過程中，積聚在肺部的M2已被確定為許多關(guān)鍵的促纖維化介質(zhì)，如轉(zhuǎn)化生長因子β（transforming growth factor-β，TGF-β），結(jié)締組織生長因子（connective tissue growth factor，CTGF）和趨化因子配體18（chemokine ligand-18，CCL-18）的主要來源，M2也被認(rèn)為通過釋放TNF-α，IL-1，IL-10，IL-13，IL-33，PDGF，F(xiàn)GF和纖維連接蛋白促進(jìn)纖維化，這些在PF 患者和纖維化肺病的動(dòng)物模型中都有體現(xiàn)[28]。

3 IL-4 和IL-13 受體可能是治療肺纖維化的有效途徑

替代激活的巨噬細(xì)胞M2其激活通路存在多種途徑，但本文主要闡述由IL-4 和IL-13 刺激并與其受體IL-4Rα 和（或）IL-13Rα 結(jié)合，從而發(fā)揮的作用。研究認(rèn)為，IL-4Rα 和（或）IL-13Rα 以3 種不同的形式存在[29]：①IL-4Rα1與γ鏈（γc）結(jié)合形成的受體，主要與IL-4 識(shí)別；②IL-4Rα1 與IL-13Rα1 結(jié)合形成的受體，主要與IL-4或IL-13識(shí)別；在IL-4缺失的小鼠中并未顯現(xiàn)出阻止了輻射小鼠中的替代巨噬細(xì)胞活化和纖維化[30]，其可能原因是IL-4和IL-13存在共享/復(fù)合受體組分[16]，從而使IL-4介導(dǎo)的效應(yīng)以其他相類似的作用途徑介導(dǎo)，以補(bǔ)償方式刺激纖維化過程；③IL-13Rα2鏈?zhǔn)荏w，其與IL-13識(shí)別，但是目前IL-13Rα2 鏈?zhǔn)荏w的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)還存在爭議。參與激活M2 的通路較多，主要包括NF-κB、c-Maf/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子（signal transducer and activator of transcription，STAT）、c-MYC/STAT/過氧化物酶增殖物激活受體γ（peroxisome proliferatoractivated receptor-γ，PPAR-γ）[31]、干擾素調(diào)節(jié)因子（interferon regulatory factors，IRF）/STAT[32]、JAK/STAT 信號(hào)途徑[33]，但在PF及IL-4R和IL-13R分布的背景下，后3 者是有效的M2 激活途徑（圖2）。以Janus 激酶（Janus kinase/JAK/STAT）信號(hào)途徑為例，IL-4 和IL-13 與其受體結(jié)合并激活JAK（JAK1和JAK3/JAK2），激活的JAK一方面募集胰島素受體底物家族（insulin receptor substrates，IRS）與其形成復(fù)合物，進(jìn)一步激活銜接蛋白生長因子受體結(jié)合蛋2（growth factor receptor bound-2，GRB-2）和磷脂酰肌醇3-激酶，從而募集STAT6 磷酸化；另一方面JAK可直接引起STAT6的磷酸化和易位；磷酸化后的STAT6 可與PPAR-γ 和Kruppel樣因子4（Kruppel-like factor-4，KLF-4）結(jié)合使M2極化[21]，最終產(chǎn)生Arg-1，而Arg-1 是形成M2 的標(biāo)志[22]?？梢?，在PF 形成的IL-4和IL-13刺激通路中其受體扮演著至關(guān)重要的作用，有研究顯示用IL-4刺激缺乏IL-4R的巨噬細(xì)胞群，其組織纖維化程度明顯減少，預(yù)示著阻斷IL-4R 和IL-13R 受體可能是治療PF的有效途徑[16，21]。

4 IL-4 和IL-13 激活的M2 型巨噬細(xì)胞對(duì)肺纖維化的雙重作用

肺中存在多個(gè)巨噬細(xì)胞群，因其高度可塑性的特點(diǎn)而發(fā)揮不同的功能，盡管大多數(shù)研究認(rèn)為IL-4和IL-13激活的M2型肺泡巨噬細(xì)胞和PF存在直接關(guān)系，但是還是有學(xué)者對(duì)此存在爭議。

圖2 M2巨噬細(xì)胞的激活通路.

一方面有研究者認(rèn)為，M2 型肺泡巨噬細(xì)胞可以促進(jìn)PF的發(fā)展[9]。在一定程度上，IL-4/IL-13在肺組織中的含量是評(píng)價(jià)是否為PF 的指標(biāo)之一，和正常肺組織相比，PF患者肺組織的IL-13水平更高，研究者從纖維化組織中分離的巨噬細(xì)胞經(jīng)培養(yǎng)產(chǎn)生的IL-13 確實(shí)比正常肺組織中的更高[34]；雖然目前還沒有找到M2 型肺泡巨噬細(xì)胞與PF 之間存在直接關(guān)系的證據(jù)，但是研究者們巧妙的通過檢測M2的標(biāo)記因子在PF中的變化來間接反映M2與PF的聯(lián)系。有研究發(fā)現(xiàn)，來自于特發(fā)性PF患者肺組織中的巨噬細(xì)胞表達(dá)的Arg-1比正常肺組織中的要高[35]，也有研究提出，在用Th2細(xì)胞因子IL-4和IL-13刺激后“替代激活”的細(xì)胞誘導(dǎo)的激酶引起多胺和脯氨酸的合成增多，進(jìn)而在細(xì)胞增殖，膠原沉積和組織修復(fù)中起作用[36]；Zhu 等[9]的研究結(jié)果表明，M2 通過TGF-β/ Smad2 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑誘導(dǎo)上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），并同時(shí)采用IL-4 體外誘導(dǎo)RAW264.7 形成M2，經(jīng)過培養(yǎng)后檢測細(xì)胞上清中的TGF-β，發(fā)現(xiàn)TGF-β含量增加；由此可見，M2 型肺泡巨噬細(xì)胞伴隨著PF 發(fā)生發(fā)展的整個(gè)過程，似乎起著促纖維化的作用。

另一方面，一些研究者認(rèn)為，M2型AM僅僅只是纖維化的結(jié)果，并不是病因；它的存在只是作為具有吞噬作用的炎癥細(xì)胞來清除多余的ECM，也就是說有一定的抗纖維化作用。在矽肺背景下，Carneiro等[37]在Th1 型小鼠C57BL/6 上研究了博舒替尼的抗PF作用，發(fā)現(xiàn)博舒替尼能夠減少M(fèi)1并增加矽肺小鼠肺實(shí)質(zhì)和肉芽腫組織中的M2 數(shù)量，從而減少其組織中的ECM含量，同時(shí)M2以其高內(nèi)吞的清除能力發(fā)揮抗炎作用，使Arg-1，MR和YM-3的表達(dá)增加；但Misson等[38]的研究顯示，纖維化反應(yīng)的早期M2相關(guān)基因如Arg-1 mRNA的上調(diào)與PF的嚴(yán)重程度并沒有相關(guān)性，Arg-1 mRNA不具有纖維化肺反應(yīng)的特異性，然而MR卻似乎可以促進(jìn)ECM的攝取[39]，最終表現(xiàn)出M2的抗纖維化作用。

無論是促進(jìn)纖維化的進(jìn)程還是抗纖維化，M2在某一個(gè)方向分泌的相關(guān)因子的“量”，實(shí)際影響著M2 對(duì)肺的病理性進(jìn)程；某一些因子可能直接促成PF，而另一些因子可能存在“量效關(guān)系”，適當(dāng)量時(shí)起著抗炎、組織修復(fù)的作用，但一旦過表達(dá)就成了促纖維化因子，而這些改變都取決于損傷/刺激的持續(xù)時(shí)間。有研究者發(fā)現(xiàn)，M2可有抗炎和促進(jìn)傷口愈合的表型，但當(dāng)這一過程失調(diào)時(shí)，這些反應(yīng)的過度激活就可致纖維化的發(fā)展[21，40]；已知經(jīng)IL-4和IL-13激活的M2分泌IL-10，其是具有促纖維化作用的經(jīng)典抗炎細(xì)胞因子。有研究顯示，IL-10在肺部有抗炎作用[21]，其可以改變平陽霉素誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，從而減緩纖維化的發(fā)展[41]；然而，發(fā)現(xiàn)當(dāng)IL-10過表達(dá)時(shí)，就會(huì)成為促纖維化因子[42]。因此，經(jīng)IL-4和IL-13激活的M2 型肺泡巨噬細(xì)胞對(duì)PF 的作用具體是促進(jìn)還是拮抗，還需深入研究。

5 展望

無論是M1 或M2，或是M2 分泌的各種相關(guān)細(xì)胞因子，機(jī)體發(fā)生PF 必然是肺組織受到了持續(xù)的刺激，并分泌產(chǎn)生了高于正常肺組織的Th2相關(guān)細(xì)胞因子，從而決定了單核巨噬細(xì)胞向M2分化，并最終走向PF這條道路，只是PF的程度受刺激程度的影響。同時(shí)，有研究顯示，自噬可以誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向抗炎方向M2 極化，由此筆者考慮由其他途徑激活的M2 與由IL-4 和IL-13 活化的M2 的功能在PF中的作用是否存在本質(zhì)區(qū)別，即不同途徑的M2 是否是兩個(gè)有區(qū)別的概念，還需要進(jìn)一步查閱相關(guān)參考文獻(xiàn)查證。然而，不容忽視的是，Th2相關(guān)細(xì)胞因子在PF過程中的作用，如何阻斷IL-4和IL-13對(duì)巨噬細(xì)胞的激活作用從而治療PF，將是抗PF 藥物研究的一個(gè)重要突破口。

隨著高通量測序、基因組芯片以及基因敲除技術(shù)等分子生物學(xué)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，未來通過基因水平控制和篩查，對(duì)于IL-4和IL-13與M2型肺泡巨噬細(xì)胞的相互作用以及其與PF的作用關(guān)系將會(huì)越來越明晰，而這些細(xì)胞和關(guān)鍵因子也可能會(huì)成為潛在的治療靶點(diǎn)并為抗PF活性化合物的篩選提供一個(gè)新的通路。