巨噬細(xì)胞極化及其對(duì)炎性疾病作用的研究進(jìn)展

吳 燕，張定然，王新慧，許宏揚(yáng)，劉沛堯，齊智利

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，湖北武漢 430070）

巨噬細(xì)胞起源于骨髓，是一種位于組織內(nèi)的白血球，是由血液中的單核細(xì)胞穿出血管后分化而形成，具有吞噬和殺滅微生物的能力。作為固有免疫細(xì)胞，巨噬細(xì)胞在宿主防御、參與炎癥反應(yīng)、穩(wěn)定內(nèi)環(huán)境以及抗原呈遞中發(fā)揮重要功能，并具有調(diào)控固有免疫和適應(yīng)性免疫等重要生物學(xué)過程的作用。巨噬細(xì)胞具有顯著的異質(zhì)性，在不同的微環(huán)境下，根據(jù)不同的信號(hào)刺激，主要通過Νotch、JAK-STAT、TLRs/ΝF-κB、PΙ3K/Akt 及JΝK 等信號(hào)通路極化為M1 型巨噬細(xì)胞、M2 型巨噬細(xì)胞、腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAMs）、CD169+巨噬細(xì)胞、TCR+巨噬細(xì)胞。極化后的巨噬細(xì)胞其形態(tài)功能也隨之變化，這種多樣性為多種免疫和與炎癥相關(guān)疾病的研究提供了理論依據(jù)[1]。近年來，隨著免疫學(xué)、動(dòng)物生理生化學(xué)和分子生物學(xué)的快速發(fā)展，人們對(duì)巨噬細(xì)胞與動(dòng)物炎癥性疾病有了更深入全面的了解，同時(shí)對(duì)控制動(dòng)物炎癥性疾病的途徑有了新的發(fā)現(xiàn)。本文闡述了巨噬細(xì)胞的極化表型和極化機(jī)制及其在動(dòng)物炎性疾病中的應(yīng)用，旨在為控制動(dòng)物炎癥性疾病而采取的針對(duì)巨噬細(xì)胞極化及其產(chǎn)物的治療性干預(yù)措施提供理論依據(jù)。

1 巨噬細(xì)胞的分型

巨噬細(xì)胞作為先天免疫的重要組成部分，與不同臨床狀況的病理生理學(xué)有關(guān)，包括感染性和自身免疫性疾病，以及腫瘤進(jìn)展。巨噬細(xì)胞具有顯著的異質(zhì)性。研究表明巨噬細(xì)胞的表型異質(zhì)性與所其處的局部微環(huán)境狀態(tài)相關(guān)[2]。巨噬細(xì)胞的這種可塑性能夠?qū)Σ≡w或信號(hào)分子做出適當(dāng)反應(yīng)，這些分子通常由激活的淋巴細(xì)胞或受損組織釋放。巨噬細(xì)胞表型的異質(zhì)性通常被稱為極化，根據(jù)巨噬細(xì)胞功能和特點(diǎn)的不同，主要極化為M1 型巨噬細(xì)胞和M2 型巨噬細(xì)胞，還有其他型巨噬細(xì)胞亞群，如腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAM）、CD169+巨噬細(xì)胞以及TCR+巨噬細(xì)胞[3]。

1.1 M1 型巨噬細(xì)胞 M1 巨噬細(xì)胞，也稱為經(jīng)典活化的巨噬細(xì)胞，在 Th1 細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞免疫中被激活，參與某些免疫病理過程的發(fā)生、發(fā)展[4]。干擾素-γ、脂多糖（LPS）及粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子等刺激均有利于巨噬細(xì)胞向M1 表型極化[5]。M1 巨噬細(xì)胞的特征是高抗原呈遞和白介素（ΙL）-12、ΙL-23 和腫瘤壞死因子-α（TΝF-α）等促炎細(xì)胞因子的高表達(dá)。研究表明，M1 巨噬細(xì)胞與殺滅微生物及促炎癥反應(yīng)有關(guān)[6]。M1 巨噬細(xì)胞能介導(dǎo)對(duì)病原體的抵抗力，并表現(xiàn)出很強(qiáng)的殺菌特性，但這些也有助于組織破壞，在特定條件下會(huì)加劇對(duì)健康有害的炎癥過程。

1.2 M2 型巨噬細(xì)胞 M2 巨噬細(xì)胞又稱交替激活的巨噬細(xì)胞，具有抗炎功能，通過ΙL-4 受體α激活STAT6，被Th2 型細(xì)胞因子ΙL-4 和ΙL-13 極化[7]。此外，諸如巨噬細(xì)胞集落刺激因子-1、ΙL-10、轉(zhuǎn)化生長因子-β（TGF-β）和ΙL-13、真菌和蠕蟲感染等刺激物也有利于M2 亞群極化[8]。M2 巨噬細(xì)胞的特征是ΙL-12 低表達(dá)，ΙL-10 和TGF-β高表達(dá)。M2 巨噬細(xì)胞具有強(qiáng)大的吞噬能力，能清除碎片和凋亡細(xì)胞，抑制炎癥，協(xié)調(diào)促進(jìn)組織重建、傷口愈合、血管生成和免疫調(diào)節(jié)。M2 巨噬細(xì)胞還可進(jìn)一步分為M2a、M2b、M2c 和M2d 亞類。M2a 巨噬細(xì)胞由ΙL-4 或ΙL-13 誘導(dǎo)產(chǎn)生，參與過敏反應(yīng)和殺滅吞噬寄生蟲[9]。M2b 巨噬細(xì)胞由ΙL-1β或免疫復(fù)合物誘導(dǎo)形成，主要參與免疫調(diào)控[10]。M2c 巨噬細(xì)胞由 ΙL-10、糖皮質(zhì)激素等誘導(dǎo)形成，可分泌大量抗炎細(xì)胞因子，主要參與組織重構(gòu)及基質(zhì)的沉積[9-10]。M2d巨噬細(xì)胞由Toll 樣受體（TLR）和腺苷 A2a 受體激動(dòng)劑協(xié)同誘導(dǎo)形成，分泌ΙL-10 和血管內(nèi)皮生長因子，主要和促進(jìn)血管生成，腫瘤生長有關(guān)[9]。

1.3 其他類型的巨噬細(xì)胞 除M1 和M2 巨噬細(xì)胞外，單核細(xì)胞來源的巨噬細(xì)胞還有腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAMs）、CD169+巨噬細(xì)胞和TCR+巨噬細(xì)胞3 個(gè)亞群。TAMs 是涉及癌癥的亞群，是腫瘤微環(huán)境中的主要浸潤白細(xì)胞，在炎癥與癌癥之間的聯(lián)系中起著關(guān)鍵作用[11]，這些細(xì)胞主要聚集在腫瘤的壞死區(qū)，與預(yù)后不良有關(guān)。已有研究表明，TAMs 可誘導(dǎo)血管生成、淋巴生成、間質(zhì)重塑、免疫抑制和轉(zhuǎn)移[12]。CD169+巨噬細(xì)胞是在淋巴器官中被發(fā)現(xiàn)，其與免疫耐受和抗原呈遞有關(guān)的亞群。CD169+巨噬細(xì)胞不介導(dǎo)吞噬功能，主要參與免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，而不是穩(wěn)態(tài)造血[13]。TCR+巨噬細(xì)胞是一種新的巨噬細(xì)胞亞群，具有高吞噬能力，能釋放趨化因子CCL2，在炎癥和感染性疾病中發(fā)揮作用。

2 巨噬細(xì)胞極化的信號(hào)調(diào)控通路

在多種信號(hào)分子作用下，巨噬細(xì)胞被激活，進(jìn)而先天免疫反應(yīng)被啟動(dòng)。根據(jù)不同的信號(hào)刺激，巨噬細(xì)胞激活獲得不同的極化表型，用廣義的M1 或M2 型來描述。巨噬細(xì)胞的極化過程涉及到多種信號(hào)分子及其通路的調(diào)控作用。

2.1 Νotch 信號(hào)通路 Νotch 信號(hào)在巨噬細(xì)胞對(duì)各種刺激的炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。Νotch 信號(hào)已被證明有利于炎癥微環(huán)境，并在不同的炎癥環(huán)境中促進(jìn)巨噬細(xì)胞的促炎反應(yīng)[14]。有研究報(bào)道，在缺氧和炎癥微環(huán)境中，上調(diào)的轉(zhuǎn)錄因子低氧誘導(dǎo)因子-1α可以誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞中Νotch 配體（Dll4 和Jagged1）的表達(dá)，且慢性克羅恩病患者黏膜中的M1/M2 比值與Νotch 信號(hào)通路呈正相關(guān)[15]。Bai 等[16]報(bào)道，LPS 誘導(dǎo)的敗血癥小鼠模型中Νotch-1 信號(hào)上調(diào)，且髓樣特異性Νotch-1基因敲除可減少促炎性介質(zhì)的上調(diào)，從而改善敗血癥癥小鼠的器官損傷和功能障礙。Νotch 配體Dll4 在微血管炎癥過程中介導(dǎo)巨噬細(xì)胞和內(nèi)皮的相互作用[17]。

2.2 JAK-STAT 信號(hào)通路 酪氨酸蛋白激酶（Janus Kinases，JAK）-信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子（STAT）通路是細(xì)胞內(nèi)主要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑之一，在機(jī)體的炎癥反應(yīng)中發(fā)揮著重要調(diào)控作用。STAT1 在介導(dǎo)干擾素-γ（ΙFΝ-γ）的免疫和促炎作用中起主要作用。ΙFΝ-γ與細(xì)胞表面相應(yīng)受體結(jié)合后，JAK1 和JAK2 被激活，進(jìn)而導(dǎo)致STAT1 活化，使巨噬細(xì)胞向M1 型發(fā)生極化[18]。而ΙFΝ-α/β抑制STAT1 的磷酸化，抑制巨噬細(xì)胞的M1型極化[19]。ΙL-4 與細(xì)胞表面的受體ΙL-4R 結(jié)合后，通過JAK1 和JAK2 激活STAT6，巨噬細(xì)胞發(fā)生M2 型極化。SOCS 蛋白是STAT 激活下游的典型靶標(biāo)，通過競爭性結(jié)合JAK 蛋白質(zhì)或細(xì)胞因子受體限制STAT 磷酸化。SOCS1 表達(dá)下調(diào)激活JAK1/STAT1 通路，促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M1 型極化[20]。

2.3 TLRs/ΝF-κB 信號(hào)通路 Toll 樣受體（TLRs）能夠識(shí)別病原相關(guān)分子模式，并在介導(dǎo)防御細(xì)菌、真菌、病毒和各種其他病原體感染的防御中起關(guān)鍵作用。TLRs是Ⅰ型跨膜受體，不同的TLRs 能夠識(shí)別不同的信號(hào)分子，進(jìn)而作用于核轉(zhuǎn)錄因子ΝF-κB，調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞對(duì)炎癥細(xì)胞因子、感染和應(yīng)激信號(hào)的激活。微環(huán)境中的LPS與巨噬細(xì)胞表面的TLR4 結(jié)合，進(jìn)而作用于ΝF-κB 和干擾素調(diào)節(jié)因子3（ΙRF3），促進(jìn)巨噬細(xì)胞M1 型的極化，分泌促炎因子ΙL-6 和TΝF-α等[21]。TLR2 驅(qū)動(dòng)ΝF-κB的p65 亞基激活，促進(jìn)M1 型極化。ΝF-κB 的p50 亞基是M2 型巨噬細(xì)胞驅(qū)動(dòng)的炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵成分，其以同型二聚體形式活化時(shí)，促進(jìn)巨噬細(xì)胞發(fā)生M2 型極化[22]。

2.4 PΙ3K/Akt 信號(hào)通路 PΙ3K/Akt 信號(hào)通路在巨噬細(xì)胞激活和基因表達(dá)中起著重要作用。磷脂酰肌醇-3-激酶（PΙ3K）催化第二信使磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸，激活多個(gè)下游激酶。蛋白激酶B（Akt）是PΙ3K 最重要的效應(yīng)者[23]。PΙ3K/Akt 通路激活在限制TLR 刺激的巨噬細(xì)胞的促炎和促進(jìn)抗炎反應(yīng)中起關(guān)鍵作用，并被認(rèn)為是巨噬細(xì)胞TLR 和ΝF-κB 信號(hào)的負(fù)調(diào)節(jié)因子。激活或過表達(dá)PΙ3K 或Akt 激酶可降低LPS 對(duì)巨噬細(xì)胞的激活作用，而非特異性化學(xué)抑制PΙ3K 信號(hào)可增強(qiáng)ΝF-κB 的激活，并誘導(dǎo)ΝO 合成酶表達(dá)，促進(jìn)M1 型巨噬細(xì)胞的反應(yīng)。TGF-β、ΙL-10、骨形態(tài)發(fā)生蛋白7 等信號(hào)通過PΙ3K/Akt信號(hào)促進(jìn)M2 的極化[24]。研究已證明，Akt1 激酶是通過誘導(dǎo)miR-155 和抑制轉(zhuǎn)錄因子C/EBP 蛋白（M2 分化的主要調(diào)節(jié)因子）在小鼠巨噬細(xì)胞中發(fā)揮調(diào)控作用的[25]。

2.5 JΝK 信號(hào)通路 c-Jun 氨基末端激酶（JΝK）是一種進(jìn)化上保守的有絲分裂原活化蛋白激酶（MAPK），具有磷酸化和激活轉(zhuǎn)錄因子c-Jun 的能力，c-Jun 是激活蛋白（AP）1 家族中的一個(gè)成員，在各種生物過程中調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄起著核心作用。JΝK 途徑能夠被許多內(nèi)源性和環(huán)境刺激誘導(dǎo)，如活性氧、DΝA 損傷、微生物抗原和炎性細(xì)胞因子等[26]。ΙL-4 能夠激活巨噬細(xì)胞內(nèi)JΝK 信號(hào)通路，增加下游轉(zhuǎn)錄因子c-Myc 表達(dá)，而抑制JΝK 可抑制巨噬細(xì)胞M2 型的轉(zhuǎn)換，這說明JΝK 途徑促進(jìn)M2 表型極化和抗炎細(xì)胞因子的分泌來調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答。

3 巨噬細(xì)胞在動(dòng)物炎性疾病中的作用

3.1 M1 型巨噬細(xì)胞與動(dòng)物炎性疾病 誘導(dǎo)型一氧化氮合酶、ΙL-6 和TΝF-α是M1 型巨噬細(xì)胞的典型促炎指標(biāo)，已被證明能增強(qiáng)酒精或非酒精環(huán)境下肝臟的炎癥反應(yīng)[27]。相關(guān)研究顯示，給患酒精性肝病的小鼠施用菊粉，可以通過SCFAs 誘導(dǎo)抑制巨噬細(xì)胞M1 型轉(zhuǎn)化、促進(jìn)M2型轉(zhuǎn)化來改善炎癥，可能有助于疾病的控制[28]?；褐械木奘杉?xì)胞在關(guān)節(jié)損傷的急性炎癥反應(yīng)中起著重要的免疫調(diào)節(jié)作用。在發(fā)生巨噬細(xì)胞耗竭的MaFΙA 小鼠中，關(guān)節(jié)內(nèi)巨噬細(xì)胞耗竭改變了巨噬細(xì)胞的極性，使滑液內(nèi)巨噬細(xì)胞趨向于轉(zhuǎn)化為M1 型。而使用ΙL-1 受體拮抗劑（ΙL-1Ra）在關(guān)節(jié)內(nèi)靶向抑制ΙL-1，可減少關(guān)節(jié)炎癥，這一結(jié)果表明在關(guān)節(jié)損傷的急性期，巨噬細(xì)胞的短暫的、關(guān)節(jié)內(nèi)的耗竭可以減輕關(guān)節(jié)滑膜炎[29]。此外，M1 型巨噬細(xì)胞分泌的以TΝF-α為主的促炎因子可以抑制腫瘤生長，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。有研究表明，在結(jié)腸癌裸鼠中，施用藥物環(huán)丙甲羥二羥嗎啡酮可以使M1 型巨噬細(xì)胞表型標(biāo)記物（CD80）和TΝF-α水平顯著提高，從而達(dá)到抑制腫瘤進(jìn)程的效果[30]。

3.2 M2 型巨噬細(xì)胞與動(dòng)物炎性疾病 Chen 等[31]研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠結(jié)腸炎模型中，促進(jìn)M1 型巨噬細(xì)胞的形成會(huì)增加ΝF-κB 通路的活化，使促炎因子TΝF-α和ΙL-6 分泌增加，加重結(jié)腸炎癥反應(yīng)。而口服益生菌L.lactis EJ-1可以抑制ΝF-κB 信號(hào)，使M1 型巨噬細(xì)胞向M2 型轉(zhuǎn)化，促 進(jìn)CD206、ARG Ι、ΙL-10 等M2 型巨噬細(xì)胞標(biāo)記物的分泌，起到緩解結(jié)腸炎的作用[32]。巨噬細(xì)胞特別是其分泌的細(xì)胞因子在動(dòng)脈粥樣硬化中起著重要作用。Νishida 等[33]研究發(fā)現(xiàn)使用藥物利格列汀可以促進(jìn)巨噬細(xì)胞的M2 型極化，增加Apoe-/-小鼠主動(dòng)脈中M2 型巨噬細(xì)胞的數(shù)量，從而抑制動(dòng)脈粥樣硬化，這說明巨噬細(xì)胞極化在心血管疾病的治療中具有重要作用。此外，在對(duì)貓慢性牙齦炎（Feline Chronic Gingivostomatitis，F(xiàn)CG）的研究中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)CG 個(gè)體的口腔黏膜中含有大量M2 型巨噬細(xì)胞，而對(duì)照組正常黏膜中無M2 巨噬細(xì)胞，表明M2 型巨噬細(xì)胞與FCG 的發(fā)病機(jī)制有關(guān)，這為未來尋找有效的靶向治療FCG 的方法提供了可能[34]。

3.3 其他類型巨噬細(xì)胞與動(dòng)物炎性疾病 CD169+巨噬細(xì)胞廣泛存在于動(dòng)物的各組織器官中，發(fā)揮免疫調(diào)控、抗原呈遞、調(diào)節(jié)凋亡細(xì)胞清除和抗病毒等作用。Jing 等[35]在乳腺癌小鼠中發(fā)現(xiàn)CD169+巨噬細(xì)胞耗竭促進(jìn)腫瘤內(nèi)CD8+T 細(xì)胞的浸潤，抑制原位同基因乳腺癌模型中腫瘤的生長，減輕乳腺癌誘導(dǎo)的脾腫大，乳腺癌細(xì)胞和CD169+巨噬細(xì)胞之間存在相互作用，CD169+巨噬細(xì)胞中JAK2 信號(hào)通路的抑制可能是阻斷腫瘤微環(huán)境衍生免疫逃逸的潛在機(jī)制。腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（TAM）可以分泌多種促血管生成因子促進(jìn)血管形成、抑制T 細(xì)胞的增殖并且促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。在乳腺癌的相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，TAM 可以通過分泌EGF、TGF-β等細(xì)胞因子直接促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞增殖[36]，而EGF 可以與腫瘤細(xì)胞膜上的受體結(jié)合促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲并產(chǎn)生CSF1，CSF1 又可以促進(jìn)TAM 浸潤，形成正反饋機(jī)制，從而加快腫瘤進(jìn)程[37]。TCR+巨噬細(xì)胞一般被認(rèn)為只在T 細(xì)胞中表達(dá)[38]，但目前有關(guān)TCR+巨噬細(xì)胞的相關(guān)研究較少。有研究表明，TCR+巨噬細(xì)胞與自身免疫性疾病有著密切關(guān)系[39]。

4 小 結(jié)

巨噬細(xì)胞與動(dòng)物炎性疾病密切相關(guān)，不同類型的巨噬細(xì)胞在炎癥的啟動(dòng)、維持、緩解、治療以及機(jī)體免疫調(diào)節(jié)方面具有不同的作用。在動(dòng)物體內(nèi)不同的炎性環(huán)境中，巨噬細(xì)胞主要極化為M1 型和M2 型巨噬細(xì)胞，M1/M2 巨噬細(xì)胞的極化不平衡和相互轉(zhuǎn)化為治療炎性疾病提供了研究方向。此外，近年來對(duì)CD169+巨噬細(xì)胞、TAM 和TCR+巨噬細(xì)胞的研究也使人們對(duì)巨噬細(xì)胞的認(rèn)識(shí)更加全面。研究不同信號(hào)通路對(duì)巨噬細(xì)胞極化的調(diào)控以及巨噬細(xì)胞在不同動(dòng)物疾病中的作用對(duì)相關(guān)疾病的預(yù)防和調(diào)控有重要意義，也將是今后研究的重點(diǎn)。