巨噬細(xì)胞極化在痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎中的研究進(jìn)展

郝佳瑤 黃逸晨 張 娟 馬寧寧 沈海麗

痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎(gouty arthritis,GA)屬于風(fēng)濕性疾病中晶體關(guān)節(jié)炎的一種,是由關(guān)節(jié)和關(guān)節(jié)周?chē)M織中沉積的尿酸單鈉鹽(monosodium urate,MSU)晶體引起的急性或慢性炎性反應(yīng)。 在痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎發(fā)病機(jī)制中,作為固有免疫的巨噬細(xì)胞(macrophages,M?)發(fā)揮著重要角色[1]。 在受到不同微環(huán)境刺激后,M?極化為M1 型和M2 型,并分泌多種細(xì)胞因子。 M1 型極化發(fā)生在炎癥的初始階段,而M2 型極化在炎癥緩解過(guò)程中占主導(dǎo)地位。 M? 極化狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換會(huì)導(dǎo)致慢性炎癥、代謝紊亂,甚至發(fā)生自身免疫疾病[2]。 痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的發(fā)病及緩解機(jī)制目前仍在探究中,而M? 極化可能發(fā)揮著重要作用,現(xiàn)對(duì)近年來(lái)痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎中巨噬細(xì)胞極化類型、巨噬細(xì)胞極化方式、主要的信號(hào)通路以及治療靶點(diǎn)等相關(guān)研究進(jìn)行歸納總結(jié),以期為后續(xù)深入研究痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的發(fā)病機(jī)制及治療靶點(diǎn)提供新的思路。

一、巨噬細(xì)胞極化類型

M? 極化是指受到細(xì)胞因子和微環(huán)境的影響后進(jìn)一步分化為M1 型和M2 型,如圖1 所示。 M1 型即經(jīng)典型活化M?,其表型包括趨化因子2、CD86、缺氧誘導(dǎo)因子-1α(hypoxia inducible factor-1α,HIF-1α)等,由腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、干擾素γ(interferon-γ,IFN-γ)、脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)誘導(dǎo)形成,產(chǎn)生TNF-α、白細(xì)胞介素-1(interleukin-1,IL-1)、活性氧(reactive oxygen species, ROS)、金屬蛋白酶等細(xì)胞因子,發(fā)揮促炎和吞噬作用[2]。 M2 型即選擇型活化M?,又可分為M2a、M2b、M2c、M2d4 個(gè)亞型,主要表達(dá)CD36、CD206 和CD163,由白細(xì)胞介素-10(interleukin-10,IL-10)、白細(xì)胞介素-4(interleukin-4,IL-4)誘導(dǎo)形成,分泌IL-10、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子等,在炎癥和組織修復(fù)途徑中起作用,M2 型相比于M1 型,結(jié)構(gòu)和功能更加多樣化,M2a 型主要發(fā)揮促進(jìn)細(xì)胞增殖和遷移、清除凋亡細(xì)胞的作用[3]。M2b 型具有使細(xì)胞成熟,維持穩(wěn)態(tài),合成細(xì)胞外基質(zhì)的功能[4]。 M2c 型能消除炎癥,合成細(xì)胞外基質(zhì),組織修復(fù),產(chǎn)生生長(zhǎng)因子[5]。 M2d 型可以促進(jìn)血管再生和傷口愈合[6]。

圖1 不同巨噬細(xì)胞極化類型及作用

二、痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎中巨噬細(xì)胞極化方式

1.缺氧誘導(dǎo)極化：缺氧是M? 募集和極化的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。 缺氧組織會(huì)分泌高濃度的趨化因子、HIF-1 和內(nèi)皮素-2,吸引M? 到缺氧區(qū)域[7]。 急性缺氧環(huán)境有利于M2 型極化,慢性缺氧環(huán)境誘發(fā)M1型極化。 炎癥初期(1 ～4 周)可引起急性缺氧,從第4 周開(kāi)始誘發(fā)M2 型極化。 M2 型發(fā)揮抗炎和組織修復(fù)作用來(lái)減輕炎癥(4 ～8 周),如果炎癥得不到緩解,則長(zhǎng)時(shí)間缺氧(＞8 周)更有利于M1 型極化和生存,導(dǎo)致慢性炎癥性疾病[8]。 在痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎患者中已經(jīng)觀察到,炎癥嚴(yán)重程度和缺氧呈正相關(guān),炎癥水平越高,HIF-1α 水平越高[9]。

2.骨髓來(lái)源巨噬細(xì)胞更具可塑性：M? 的某些極化狀態(tài)與巨噬細(xì)胞發(fā)育起源相關(guān),M? 不僅包括骨髓來(lái)源的循環(huán)單核細(xì)胞,還包括胚胎等其他來(lái)源。 骨髓來(lái)源的M? 比胚胎M? 更容易受到局部組織信號(hào)的影響和隨后的極化,這種極化也稱之為固有巨噬細(xì)胞極化[10]。

在痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎中,雖然MSU 晶體均能在骨髓和原位M? 誘導(dǎo)炎性反應(yīng),但是急性期炎癥的啟動(dòng)更傾向于MSU 晶體誘導(dǎo)骨髓來(lái)源M? 發(fā)生氧化應(yīng)激,促進(jìn)單核細(xì)胞趨化蛋白-1(monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1)、巨噬細(xì)胞炎性蛋白-2(macrophage inflammatory protein-2,MIP-2)、趨化因子上調(diào),促使單核細(xì)胞進(jìn)入滑膜環(huán)境,參與痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎急性發(fā)作[11]。

3.LPS 和IL-4 誘導(dǎo)不同表型極化：CD4+輔助性T 細(xì)胞(helper T cell,TH)分泌和釋放的不同的細(xì)胞介質(zhì)同樣介導(dǎo)M? 的極化,這稱為外源性極化。Th1 細(xì)胞壁釋放LPS,驅(qū)動(dòng)M? 向M1 型極化,而Th2細(xì)胞分泌IL-4,驅(qū)動(dòng)M2 型極化。 IL-4 通過(guò)Stat6依賴的途徑耗盡作為誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)/一氧化氮合酶(nitric oxide synthase2,NOS2)底物的精氨酸來(lái)抑制炎性介質(zhì)NO 的產(chǎn)生,抑制NO 的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致M1 型的喪失[12]。痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎急性期,LPS 介導(dǎo)的M1 型極化中,TOLL 樣受體4 通過(guò)激活磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)/蛋白質(zhì)絲氨酸蘇氨酸激酶(protein serine threonine kinase,Akt)通路和哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)通路觸發(fā)M1 型極化[13]。 在痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎緩解期,IL-4 誘導(dǎo)M? 釋放抗炎性細(xì)胞因子TGF-β,抑制NF-κB 通路并誘導(dǎo)M? 向M2 型極化[14]。

三、痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎不同疾病期與巨噬細(xì)胞極化

痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎中,MSU 晶體沉積在關(guān)節(jié)和關(guān)節(jié)周?chē)M織,導(dǎo)致急性關(guān)節(jié)炎癥。 常駐M? 或單核細(xì)胞通過(guò)TLR2、TLR4 識(shí)別和吞噬沉積的MSU 晶體。 在痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎急性炎癥期,MSU 晶體刺激后,M? 傾向于表達(dá)M1 促炎表型CD86[15]。 MSU 晶體顯著誘導(dǎo)IL-1β 和一氧化氮合酶(nitric oxide synthase,NOS)表達(dá),IL-1β 刺激中性粒細(xì)胞活化,釋放出大量的中性粒細(xì)胞胞外誘捕網(wǎng)(neutrophil extracellular traps,NETs)、活性氧,趨化因子等,血液中的中性粒細(xì)胞被炎性因子、趨化因子等誘導(dǎo)至關(guān)節(jié)間隙,引發(fā)劇烈炎性反應(yīng)[16]。

在痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎自行緩解期, M? 受MSU 晶體刺激后產(chǎn)生TGF-β,抑制NF-κB、NLRP3 炎性小體通路,減少促炎性細(xì)胞因子IL-1β 分泌,增加抗炎性細(xì)胞因子IL-10 的表達(dá),進(jìn)一步誘導(dǎo)精氨酸-1 的表達(dá),促使M? 向M2 型中M2c 為主導(dǎo)極化[17]。MSU 還可以刺激中性粒細(xì)胞聚集,產(chǎn)生NETs 誘捕MSU 晶體,并通過(guò)自噬途徑分解MSU 晶體而緩解炎癥[18]。 上述研究表明,痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎急性期,MSU 晶體誘導(dǎo)M? 向M1 型極化,釋放促炎介質(zhì),而當(dāng)急性炎癥進(jìn)展到一定程度,MSU 晶體會(huì)進(jìn)一步誘導(dǎo)M? 向M2型極化,限制炎癥的發(fā)展并誘導(dǎo)炎癥的消退,這可能是痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎具有“自限性”的原因之一[19]。

四、痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎中巨噬細(xì)胞極化相關(guān)信號(hào)通路

1.NF-κB 信號(hào)通路：NF-κB 是典型的促炎信號(hào)通路,在炎癥狀態(tài)下,IL-1β、TNF-α、IL-6 和iNOS 等促炎介質(zhì)主要受轉(zhuǎn)錄因子NF-κB 的調(diào)節(jié)[20]。核轉(zhuǎn)錄因子κB 抑制蛋白α(inhibitor of NF-κB, I-κBα)的磷酸化、泛素化和降解是NF-κB 活化的必要前提。 MSU 晶體被認(rèn)為是促進(jìn)I-κBα 磷酸化和NF-κB 激活的最有效的促炎刺激因子之一,可促進(jìn)GA 患者和M? 產(chǎn)生大量促炎性細(xì)胞因子[21]。 NF-κB 通路同樣是M? 極化反應(yīng)的調(diào)節(jié)因子,許多M1 基因的啟動(dòng)子區(qū)域都含有NF-κB 結(jié)合位點(diǎn),包括IL-6、iNOS 和MCP-1,此外,p50/NF-κB 同源二聚體被發(fā)現(xiàn)能夠協(xié)調(diào)M2 型極化并抑制M1 細(xì)胞因子的表達(dá),痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎大鼠模型的滑膜組織中發(fā)現(xiàn)了高水平的腫瘤壞死因子-α、IL-1β、IL-6 和NF-κB 的激活,I-κBα 水平顯著降低,這些結(jié)果提示MSU 晶體刺激誘導(dǎo)M? 向M1 型極化,隨后促進(jìn)促炎介質(zhì)的產(chǎn)生[17,22]。

2.JAK/STAT 信號(hào)通路：Janus 激酶(Janus kinase, JAK)/酪氨酸激酶受體和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子(signal transducer and activator of transcription,STAT)信號(hào)通路不僅與M? 的炎癥相關(guān),也參與M?極化過(guò)程。 IFN-γ 介導(dǎo)的JAK/STAT 信號(hào)通路促進(jìn)M1 型表達(dá)NOS2,增加IL-1、IL-12 等促炎性細(xì)胞因子的釋放[23]。 在痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎中,MSU 晶體可誘導(dǎo)小鼠滑膜組織中IL-6 分泌增加,促使p-JAK2 和p-STAT3 的表達(dá)水平明顯升高,可引起M? 向M1型極化,并且早期可誘導(dǎo)部分M? 向M2 型極化,提示JAK2-STAT3 信號(hào)參與了MSU 晶體誘導(dǎo)的早期炎癥過(guò)程中M? 向M1 型和M2 型的極化過(guò)程[17]。STAT6 是M? 極化到M2 型的最重要的轉(zhuǎn)錄因子之一,磷酸化的STAT6 進(jìn)入細(xì)胞核,介導(dǎo)了M? 的脂質(zhì)代謝,促進(jìn)M2 相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄,誘導(dǎo)M? 向M2 型極化[13]。

3.NLRP3 炎癥體信號(hào)通路：炎性小體是一種大的胞質(zhì)多蛋白復(fù)合體,控制促炎性細(xì)胞因子的成熟和分泌,包括IL-1β、IL-18 和細(xì)胞凋亡。 NLRP3(NOD-like receptor family pyrin domain-containing protein 3)炎癥體是一個(gè)多蛋白復(fù)合體,包括NLRP3、凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白(apoptosis-related speckle-like protein,ASC;包含CARD caspase 激活和招募結(jié)構(gòu)域) 和半胱氨酰天冬氨酸特異性蛋白酶-1(caspase-1)[24]。 NLRP3 識(shí)別MSU 晶體信號(hào)后發(fā)生活化,暴露出核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域(NACHT),進(jìn)一步募集ASC 和caspase-1 形成炎性小體,切割前體IL-1β,使其成熟后分泌至胞外引發(fā)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)[25]。 在MSU 晶體誘導(dǎo)的GA 大鼠模型及滑膜細(xì)胞中均發(fā)現(xiàn)NLRP3 表達(dá)上調(diào)并且MSU 晶體誘導(dǎo)的GA大鼠模型中NLRP3 炎性小體的高表達(dá)促進(jìn)了M? 向M1 型極化[26,27]。

五、巨噬細(xì)胞極化與痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎治療

NF-κB 信號(hào)通路是促進(jìn)M? 向M1 型極化的主要通路之一,抑制其活化可以阻礙M? 向M1 型極化,以緩解GA 的炎癥。 四妙丸是中醫(yī)臨床上經(jīng)驗(yàn)性用于治療GA 的經(jīng)典中藥方劑且具有體內(nèi)外抗炎活性,即可通過(guò)失活NF-κB 信號(hào)通路抑制M? 向M1型極化來(lái)抑制GA 的炎癥發(fā)展,又可以通過(guò)誘導(dǎo)M2型極化來(lái)促進(jìn)炎癥的消退[17]。 在痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎急性期,劇烈的疼痛可以觸發(fā)神經(jīng)免疫系統(tǒng),MSU 晶體可以上調(diào)背根神經(jīng)節(jié)中分泌卷曲相關(guān)蛋白2(secreted frizzled-related protein 2,sFRP2)分泌,并通過(guò)調(diào)節(jié)NF-κB 信號(hào)通路抑制MSU 晶體誘導(dǎo)的炎性細(xì)胞浸潤(rùn)和M1 型極化,提示sFRP2 可以作為減輕疼痛和降低不良反應(yīng)的區(qū)域治療方法的新靶點(diǎn)[22]。

沉默信息調(diào)節(jié)蛋白1(silencing information regulator protein 1,SIRT1)是依賴于煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide,NAD)的第三類組蛋白去乙?；?histone deacetylase,DAC),具有抗炎作用。 白藜蘆醇作為Sirt1 的激活劑,可以抑制TNF-α 誘導(dǎo)的成纖維細(xì)胞炎癥,在痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎患者中, Sirt1 通過(guò)激活PI3K/Akt/STAT6 通路減輕尿酸鹽誘導(dǎo)的炎性反應(yīng),激活STAT6 在理論上可能促進(jìn)M2 型極化,從而發(fā)揮抗急性痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的作用[13, 28]。

秋水仙堿作為治療痛風(fēng)的經(jīng)典藥物,其主要作用是秋水仙素與α 和β-微管蛋白(tubulin,TUB)結(jié)合,形成微管-秋水仙素復(fù)合體,防止微管的形成,進(jìn)而阻礙細(xì)胞因子和趨化物質(zhì)的產(chǎn)生,調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞的黏附蛋白表達(dá),抑制IL-1 誘導(dǎo)的L-選擇素的表達(dá),調(diào)節(jié)細(xì)胞因子的成熟和釋放,并減少中性粒細(xì)胞對(duì)細(xì)胞因子的趨化,秋水仙堿可以阻斷MSU 晶體激活NLRP3 炎癥體的過(guò)程,從而阻止前IL-1β 的加工和IL-1β 的釋放,達(dá)到抑制M? 向M1 型極化的過(guò)程[29]。 阿那白滯素(anakinra)、利納西普(rilonacept)、康奈單抗(canakinumab)作為IL-1R 拮抗劑,可有效抑制NLRP3 炎性小體通路,抑制M? 向M1 型極化,且對(duì)秋水仙堿等傳統(tǒng)藥物不耐受的患者推薦應(yīng)用[30]。

六、展 望

在痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎中,NF-κB、JAK/STAT、NLRP3炎性小體等多種信號(hào)通路參與M? 的極化,不同的藥物可以通過(guò)影響M? 極化通路而發(fā)揮抗炎作用。 盡管M? 極化在痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎中已經(jīng)被證實(shí),但是M?極化過(guò)程中,炎癥的M1 型和抗炎的M2 型位于極化軸的兩端,并且兩者之間存在許多具有混合促炎和抗炎特性的M?/M1/M2 型。 當(dāng)受到環(huán)境、代謝、細(xì)胞因子分泌等影響都可能會(huì)導(dǎo)致M? 從M1 型轉(zhuǎn)變到M2型,反之亦然,或者變成兩種細(xì)胞的混合體,這也突出了M? 極化的可塑性和復(fù)雜性,在痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎中仍需開(kāi)展進(jìn)一步研究。