巨噬細(xì)胞在急性腎損傷向慢性腎臟病轉(zhuǎn)化中的作用

張雅飛 朱杰夫 綜述 宋志霞,3 審校

急性腎損傷(AKI)是指各種因素導(dǎo)致的腎功能在幾小時(shí)甚至幾周內(nèi)迅速下降為主要臨床表現(xiàn)的急危重癥。流行病學(xué)以及病因?qū)W研究均發(fā)現(xiàn)AKI后發(fā)展至慢性腎臟病(CKD)的風(fēng)險(xiǎn)顯著上升,嚴(yán)重時(shí)可進(jìn)展至終末期腎病,給患者及其家庭和社會(huì)帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān),已成為全球性的公共健康問(wèn)題。AKI進(jìn)展至CKD的主要病理特點(diǎn)是不斷進(jìn)展的腎臟纖維化。在缺血再灌注損傷(IRI)、中毒、膿毒癥、梗阻或免疫介導(dǎo)等因素刺激下,腎小管上皮細(xì)胞(TEC)是主要的受累細(xì)胞,嚴(yán)重時(shí)甚至死亡,隨后啟動(dòng)一系列的病理生理過(guò)程,同時(shí)伴隨著持續(xù)炎性細(xì)胞及巨噬細(xì)胞的浸潤(rùn)和活化[1](圖1)。近年來(lái)大量的研究顯示,AKI會(huì)觸發(fā)巨噬細(xì)胞的浸潤(rùn)、活化等一系列炎癥反應(yīng)及隨后的修復(fù)過(guò)程,且發(fā)現(xiàn)不同病因引起的腎損傷組織中浸潤(rùn)的巨噬細(xì)胞狀態(tài)不同,發(fā)揮的作用也不同[2]。腎臟IRI近年被證實(shí)為由固有免疫和適應(yīng)性免疫均參與的炎癥性疾病,巨噬細(xì)胞發(fā)揮促炎、促纖維化或抗纖維化作用呈現(xiàn)階段性差異。本文重點(diǎn)綜述巨噬細(xì)胞在腎IRI不同階段的作用與機(jī)制,以期為尋找防止AKI向CKD發(fā)展的關(guān)鍵靶點(diǎn)、制定治療策略提供新的思路。

圖1 急性腎損傷后的組織損傷及修復(fù)

巨噬細(xì)胞的異質(zhì)性與可塑性

正常生理?xiàng)l件下,巨噬細(xì)胞可表現(xiàn)許多不同的表型,在組織損傷的情況下,當(dāng)局部微環(huán)境被病原體、細(xì)胞損傷、先天和適應(yīng)性免疫反應(yīng)、缺氧和組織修復(fù)過(guò)程等因素破壞時(shí),募集到受損部位的單核細(xì)胞可以分化成多種巨噬細(xì)胞表型(圖2)。最初人們根據(jù)巨噬細(xì)胞的活化狀態(tài)分為M1(經(jīng)典活化型)和M2(替代活化型)。被干擾素γ(IFN-γ)/脂多糖激活,高水平表達(dá)一氧化氮合酶(iNOS)和促炎細(xì)胞因子如腫瘤壞死因子α(TNF-α)、白細(xì)胞介素6(IL-6)、IL-12和核因子κB (NF-κB),發(fā)揮促炎、抗菌、殺傷腫瘤等功能的為M1。IL-4/IL-13誘導(dǎo)的M2巨噬細(xì)胞,高表達(dá)胰島素樣生長(zhǎng)因子1,甘露糖受體1、CD206和精氨酸酶1,具有抗炎、促進(jìn)傷口愈合的作用。然而對(duì)于體內(nèi)復(fù)雜的微環(huán)境,巨噬細(xì)胞的基因表達(dá)譜的變化簡(jiǎn)單用M1/M2區(qū)分不能完全反映體內(nèi)的真實(shí)狀態(tài)。隨著技術(shù)的發(fā)展,對(duì)體內(nèi)巨噬細(xì)胞復(fù)雜性和多樣性的認(rèn)識(shí)不斷提高,巨噬細(xì)胞分類將更加精細(xì)。Anders等[3]認(rèn)為在體內(nèi),可根據(jù)疾病損傷修復(fù)愈合的不同階段將按功能分為四種類型,包括促炎型、抗炎型、促纖維化型及纖維溶解型。深入理解疾病不同階段巨噬細(xì)胞募集、活化和浸潤(rùn)的動(dòng)態(tài)變化和損傷特異性,將為尋找治療靶點(diǎn)、提高療效提供依據(jù)。

作為對(duì)腎臟損傷的反應(yīng),骨髓會(huì)增加外周血中單核細(xì)胞的產(chǎn)生和釋放。循環(huán)中的經(jīng)典單核細(xì)胞被招募到腎臟,在腎臟損傷的早期階段,分化為促炎的M1巨噬細(xì)胞,以應(yīng)對(duì)細(xì)胞損傷。而在組織修復(fù)階段,細(xì)胞主要為抗炎M2表型。其中M2b和M2c巨噬細(xì)胞主要負(fù)責(zé)免疫抑制、基質(zhì)重建和傷口愈合,未恢復(fù)的損傷通過(guò)IL-4和IL-13在受損腎臟中觸發(fā)M2a巨噬細(xì)胞極化,導(dǎo)致轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(TGF-β1)增加和腎臟纖維化。

巨噬細(xì)胞在腎臟損傷、修復(fù)過(guò)程中的作用與機(jī)制

圖2 損傷腎臟中骨髓來(lái)源的單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的表型和功能CSF1：集落刺激因子1；CSF1R：集落刺激因子1受體；Th2：輔助性T細(xì)胞

損傷早期巨噬細(xì)胞聚集是腎臟炎癥損傷的特征性表現(xiàn),其來(lái)源主要由血液中單核細(xì)胞募集至腎臟以及腎臟固有巨噬細(xì)胞的增殖組成[4]。正常腎臟中的巨噬細(xì)胞較少,但在腎損傷后,腎臟內(nèi)滯留的巨噬細(xì)胞數(shù)量顯著增加[5]。在實(shí)驗(yàn)性AKI后24h內(nèi),循環(huán)中的Ly6Chigh單核細(xì)胞通過(guò)趨化因子受體2和CX3C趨化因子受體1遷移到腎臟炎癥部位[6]。而中性粒細(xì)胞聚集產(chǎn)生的活性氧、壞死的TEC釋放損傷相關(guān)的分子模式、固有樹(shù)突狀細(xì)胞激活自然殺傷T細(xì)胞產(chǎn)生的IFN-γ等系列反應(yīng)進(jìn)一步促進(jìn)腎臟固有巨噬細(xì)胞以及新募集的單核細(xì)胞在腎臟浸潤(rùn)轉(zhuǎn)化為巨噬細(xì)胞。未分化巨噬細(xì)胞表面分子標(biāo)志物為CD68,研究發(fā)現(xiàn)臨床上廣泛使用抗炎藥物糖皮質(zhì)激素,能夠顯著減低AKI后CD68陽(yáng)性巨噬細(xì)胞浸潤(rùn),減輕腎損傷[7]。

在AKI過(guò)程中,在炎癥環(huán)境下未分化的巨噬細(xì)胞主要分化為M1型,IFN-γ、TNF-α和脂多糖在體外也可誘導(dǎo)M1型巨噬細(xì)胞活化,這一結(jié)論在腎臟IRI、抗腎小球基膜腎小球腎炎、順鉑腎毒性、阿霉素腎病、狼瘡性腎炎、腎移植損傷等多種動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證[8]。另外,TEC來(lái)源的外泌體RNA和microRNA可誘導(dǎo)AKI腎臟中M1巨噬細(xì)胞表達(dá)和腎臟損傷[9-12],證實(shí)損傷的腎實(shí)質(zhì)細(xì)胞可影響浸潤(rùn)的巨噬細(xì)胞表型分化。隨后有研究證實(shí)在缺血AKI前敲除巨噬細(xì)胞可減輕腎功能下降和腎小管損傷,而將IFN-γ誘導(dǎo)的M1巨噬細(xì)胞回輸?shù)骄奘杉?xì)胞缺陷小鼠,保護(hù)作用消失[13],從而表明M1巨噬細(xì)胞在AKI的早期階段起致病作用。

修復(fù)階段Saha等[14]研究證實(shí),巨噬細(xì)胞由M1向M2的轉(zhuǎn)變,在AKI恢復(fù)階段,對(duì)于受損TEC的增殖和再生至關(guān)重要,一般在缺血性AKI后第3天增加。Baek等[15]發(fā)現(xiàn)，在缺血AKI后期修復(fù)過(guò)程中Ly6G-F4/80+NOS2+TNF-α+(M1樣)巨噬細(xì)胞向Ly6G-F4/80+Arginase1+Dectin-1+CD206+(M2樣)巨噬細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)化,M2細(xì)胞群廣泛參與了從損傷到恢復(fù)的過(guò)程,從而有助于維持細(xì)胞的生存和增殖,促進(jìn)組織愈合[16]。隨著對(duì)巨噬細(xì)胞功能的認(rèn)識(shí),有學(xué)者進(jìn)一步將M2型巨噬細(xì)胞分為M2a,M2b,M2c三種亞型。IL-4和IL-13誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞M2a型缺失顯著抑制了IRI后TEC增殖,腎組織的修復(fù)過(guò)程明顯延遲,并伴隨M1型標(biāo)志物增加和M2型標(biāo)志物的降低[17]。免疫復(fù)合物和Toll樣受體(TLR)和/IL-1受體(IL-1R)配體的分化誘導(dǎo)M2b巨噬細(xì)胞分化,在小鼠狼瘡性腎炎模型中,主要以促炎型M2b浸潤(rùn)為主,而血清淀粉樣P物質(zhì)介導(dǎo)巨噬細(xì)胞吞噬DNA,促進(jìn)M2b轉(zhuǎn)化為抗炎性M2a,延緩狼瘡腎炎的進(jìn)展;IL-10、TGF-β和糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)M2c巨噬細(xì)胞分化,具備免疫抑制、誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞表達(dá)的功能[18]。

纖維化階段在持續(xù)或不可逆的腎損傷后,巨噬細(xì)胞可能參與腎臟纖維化,其作用機(jī)制尚不完全清楚。在IRI后72h,用氯膦酸脂質(zhì)體長(zhǎng)期耗竭巨噬細(xì)胞可減少晚期腎臟纖維化,表明巨噬細(xì)胞參與損傷后纖維化,巨噬細(xì)胞分泌許多分子,包括IL-1、基質(zhì)金屬蛋白酶2、半乳糖凝集素3和血小板衍生生長(zhǎng)因子等,促進(jìn)腎纖維細(xì)胞的增殖和活化[18-19]。TGF-β和促纖維化巨噬細(xì)胞在腎組織中的持續(xù)聚集和激活通過(guò)轉(zhuǎn)化為表達(dá)α平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-SMA)肌成纖維細(xì)胞,從而增加肌成纖維細(xì)胞的增殖和活化,破壞正常的腎臟結(jié)構(gòu)并促進(jìn)腎纖維化,最終形成瘢痕組織[20]。Tang等[18]學(xué)者將該過(guò)程稱為巨噬細(xì)胞向成肌纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化(macrophage—myofibroblast transition, MMT)。除了TGF-β之外,Rictor/mTORC2信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)可促進(jìn)巨噬細(xì)胞活化,沉默巨噬細(xì)胞Rictor可減少腎臟纖維化和M2巨噬細(xì)胞極化,減少促纖維化細(xì)胞因子的產(chǎn)生, 減輕單側(cè)輸尿管梗阻(UUO)或IRI后腎纖維化[20]。IL-4和IL-13激活JAK3/STAT6 也可以刺激巨噬細(xì)胞MMT過(guò)程[21],提示MMT 在AKI向CKD轉(zhuǎn)變過(guò)程中發(fā)揮重要作用。

干預(yù)巨噬細(xì)胞作為AKI的治療靶點(diǎn)

靶向單核細(xì)胞招募積聚在受損腎臟的巨噬細(xì)胞幾乎全部來(lái)源于骨髓單核細(xì)胞,靶向趨化因子(如CCL2,CCL5,CXCL16和CCL21),趨化因子受體(如CCR2,CXCR6,CCR7和CX3CR1),補(bǔ)體受體(如C3aR和C5aR)或脾酪氨酸激酶(SYK)可調(diào)節(jié)血液?jiǎn)魏思?xì)胞募集到受損腎臟[18](圖3)。CCL2是一種重要的單核細(xì)胞趨化因子,基因和藥物阻斷CCL2或其受體CCR2在腎臟炎癥和纖維化模型中具有保護(hù)作用[22]。CCR2拮抗劑治療糖尿病腎病的Ⅱ期試驗(yàn)獲得成功,目前已進(jìn)入Ⅲ期臨床試驗(yàn)[23]。CXCL16可促進(jìn)表達(dá)CXCR6的單核細(xì)胞和/或巨噬細(xì)胞從骨髓中募集,導(dǎo)致Ⅰ型膠原+細(xì)胞積聚,增加UUO模型的纖維化程度[24]。因此,靶向CXCL16或其受體CXCR6可防止骨髓源性肌成纖維細(xì)胞的積聚。CCL21及其受體CCR7也促進(jìn)了UUO模型中巨噬細(xì)胞和Ⅰ型膠原+成纖維細(xì)胞的聚集,抗CCL21抗體治療有效地抑制了這種骨髓源性成纖維細(xì)胞和腎纖維化的浸潤(rùn),具有治療潛力[25]。

圖3 干預(yù)單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞可作為新的治療靶點(diǎn)CCR:趨化因子受體;MMT:巨噬細(xì)胞向成肌纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化;IL:白細(xì)胞介素;CSFIR:集落刺激因子1受體；SYK：脾酪氨酸激酶；JNK：Jnn N末端激酶；JAK-STAT：Janus激酶-信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子

靶向巨噬細(xì)胞增殖集落刺激因子1受體激酶抑制劑可以調(diào)控腎臟巨噬細(xì)胞的增殖[26]。靶向集落刺激因子1受體可減少巨噬細(xì)胞的積聚和腎損傷,而不影響血液?jiǎn)魏思?xì)胞的數(shù)量[27]。針對(duì)集落刺激因子1受體的小分子激酶抑制劑和中和抗體正在進(jìn)行臨床試驗(yàn),用于治療各種類型的腫瘤,目的是抑制腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞的積聚[28]。

靶向巨噬細(xì)胞相關(guān)促炎細(xì)胞因子抑制或調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)可以防止或延緩CKD的進(jìn)展。調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞表型最常用的方法是調(diào)節(jié)M1的相關(guān)細(xì)胞因子,如IL-1、TNF-α及單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞關(guān)鍵趨化因子MCP-1/CCL2, IL-1R拮抗劑(IL-1Ra)可改善大鼠的抗腎小球基膜抗體相關(guān)腎炎。TNF-α基因敲除或沉默通過(guò)減少纖維化和腎小球硬化減輕高脂飲食誘導(dǎo)的小鼠腎損傷,提示抗TNF-α治療可保護(hù)腎臟[29]。MCP-1/CCL2是炎癥反應(yīng)過(guò)程中單核細(xì)胞募集和分化的主要因子,其已成為基礎(chǔ)腎臟疾病研究的靶點(diǎn)[30]。

靶向巨噬細(xì)胞分化誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞分化也是減少腎臟炎癥反應(yīng)的潛在途徑,包括細(xì)胞因子刺激以及基因轉(zhuǎn)染等手段已廣泛研究,以減少腎臟疾病的炎癥反應(yīng)。不同細(xì)胞因子可用于誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞表型分化來(lái)治療各類急慢性腎損傷。輸注IFN-γ誘導(dǎo)的M1巨噬細(xì)胞加重了小鼠IRI損傷,而輸注IL-4誘導(dǎo)的M2巨噬細(xì)胞起到了腎臟保護(hù)作用[13]。在小鼠腎小球腎炎中,通過(guò)IL-4/IL-13的體外培養(yǎng),將骨髓源性巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化為M2表型,再回輸小鼠可減少腎損傷、蛋白尿和腎小球炎性細(xì)胞浸潤(rùn)[31]。在IRI模型中,輸注過(guò)表達(dá)血紅素加氧酶1腺病毒的骨髓源性巨噬細(xì)胞減輕腎損傷[32]。

單核細(xì)胞可以分化為M1、M2巨噬細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞,在腎臟損傷的整個(gè)過(guò)程中,這些分化程序可以作為預(yù)防腎臟損傷的靶點(diǎn)。

小結(jié):近年來(lái)針對(duì)巨噬細(xì)胞在AKI向CKD轉(zhuǎn)化的研究突出了腎損傷后巨噬細(xì)胞活化和功能狀態(tài)的復(fù)雜性和多樣性。當(dāng)前的治療策略包括靶向巨噬細(xì)胞數(shù)量和極化巨噬細(xì)胞等環(huán)節(jié),并取得了一定的進(jìn)展。未來(lái)利用更尖端技術(shù),包括單細(xì)胞RNA測(cè)序、基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)以及空間轉(zhuǎn)錄分析等,將提高對(duì)巨噬細(xì)胞表型和功能的理解。在特定的微環(huán)境中精準(zhǔn)干預(yù)巨噬細(xì)胞將成為治療AKI向CKD轉(zhuǎn)化過(guò)程中富有潛力的研究領(lǐng)域。