PPAR-γ在巨噬細(xì)胞炎癥調(diào)控中的作用及機(jī)制的研究進(jìn)展

涂永梅，彭 潔，龍 子，孔德欽，陳宇豪，覃梓瀚，劉 瑞，李文麗，*，于衛(wèi)華，*

(1．空軍軍醫(yī)大學(xué)軍事預(yù)防醫(yī)學(xué)院毒理學(xué)教研室，陜西省自由基生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，特殊作業(yè)環(huán)境危害評(píng)估與防治教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710032；2．空軍軍醫(yī)大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院學(xué)員大隊(duì)，陜西 西安 710032；3．陜西中醫(yī)藥大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712046)

過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體-γ(peroxisome proliferatoractivated receptor-γ，PPAR-γ)屬于核受體轉(zhuǎn)錄因子超家族的關(guān)鍵蛋白，主要通過(guò)配體結(jié)合途徑激活，參與調(diào)控脂肪細(xì)胞分化和脂肪酸代謝，在肥胖和糖尿病等疾病進(jìn)展中發(fā)揮重要作用[1]。巨噬細(xì)胞作為機(jī)體的主要炎癥效應(yīng)細(xì)胞，其浸潤(rùn)激活與肥胖、腫瘤、膿毒癥和動(dòng)脈粥樣硬化等多種急慢性炎癥疾病的發(fā)生密切相關(guān)[2]。近年來(lái)研究表明，PPAR-γ信號(hào)在T細(xì)胞和巨噬細(xì)胞功能調(diào)控中發(fā)揮關(guān)鍵作用[3]，PPAR-γ表達(dá)可影響內(nèi)臟脂肪組織中調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的數(shù)量及其免疫功能。此外，PPAR-γ信號(hào)還參與調(diào)控巨噬細(xì)胞的促炎和抗炎分化走向，其激動(dòng)劑可增強(qiáng)機(jī)體抗炎反應(yīng)，有效改善多種急慢性炎癥疾病[4]。因此，明確PPAR-γ在巨噬細(xì)胞中的抗炎機(jī)制有望為炎癥疾病防治提供新策略。

1 巨噬細(xì)胞的炎癥調(diào)控作用及其生物學(xué)意義

炎癥反應(yīng)是人體中最基本的生理和病理過(guò)程，其本質(zhì)是炎性細(xì)胞浸潤(rùn)和炎癥因子大量釋放，形成以血管為中心的局部或全身反應(yīng)。巨噬細(xì)胞是一種來(lái)源于骨髓，由單核細(xì)胞轉(zhuǎn)變而來(lái)的固有免疫細(xì)胞，廣泛存在于機(jī)體各組織器官內(nèi)，其主要生物學(xué)功能包括抗原呈遞、介導(dǎo)炎癥反應(yīng)和吞噬病原菌作用，在多種生理和病理過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[5]。巨噬細(xì)胞是機(jī)體內(nèi)最主要的炎癥效應(yīng)細(xì)胞，按照其功能及表型可劃分為促炎(M1)型和抗炎(M2)型兩大類(lèi)。在感染、創(chuàng)傷早期，病灶周?chē)技疢1型巨噬細(xì)胞，產(chǎn)生大量腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白細(xì)胞介素6(interleukin-6，IL-6)、一氧化氮(NO)等促炎因子，幫助機(jī)體清除病原菌和外來(lái)異物；而在感染和創(chuàng)傷后期M2型巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)居主導(dǎo)地位，能夠吞噬凋亡和碎片的中性粒細(xì)胞，并分泌大量抗炎因子和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)，參與調(diào)控機(jī)體炎癥消退和創(chuàng)傷愈合。當(dāng)M1型巨噬細(xì)胞持續(xù)激活或者M(jìn)2型巨噬細(xì)胞活化不足時(shí)，機(jī)體內(nèi)促炎因子大量分泌，容易導(dǎo)致炎癥持續(xù)存在和創(chuàng)傷難以愈合，進(jìn)而形成慢性炎癥疾病[6]。臨床研究提示，在急慢性感染導(dǎo)致的肝炎、肺炎和膿毒癥患者中，M1/M2型巨噬細(xì)胞比例失調(diào)，具體表現(xiàn)為M1型巨噬細(xì)胞比例升高，而M2型巨噬細(xì)胞比例降低，因此，調(diào)控巨噬細(xì)胞極性能夠減輕感染性疾病。最新報(bào)道發(fā)現(xiàn)，在肥胖、脂肪肝、糖尿病、動(dòng)脈粥樣硬化和心肌梗死等非感染性炎癥疾病中，也存在M1/M2型巨噬細(xì)胞比例失調(diào)，通過(guò)藥物干預(yù)降低M1型巨噬細(xì)胞、升高M(jìn)2型巨噬細(xì)胞，有助于減輕機(jī)體炎癥水平、增強(qiáng)胰島素敏感性、修復(fù)受損血管組織，進(jìn)而達(dá)到改善病情的作用[7-8]。此外，巨噬細(xì)胞在腫瘤的發(fā)生和發(fā)展中也發(fā)揮關(guān)鍵作用，M1型巨噬細(xì)胞有助于殺傷腫瘤，是正常情況下機(jī)體清除惡性轉(zhuǎn)化細(xì)胞的有力武器；而腫瘤微環(huán)境中巨噬細(xì)胞被馴化為M2型，又被稱(chēng)為腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(tumor-associated macrophages，TAMs)，參與腫瘤的生長(zhǎng)、生存、侵襲轉(zhuǎn)移和耐藥抵抗等一系列過(guò)程[9]。許多臨床證據(jù)也表明，腫瘤組織中M2型巨噬細(xì)胞比例與腫瘤的惡性程度正相關(guān)，靶向干預(yù)巨噬細(xì)胞是近年來(lái)腫瘤研究和治療領(lǐng)域的國(guó)際熱點(diǎn)[10]。因此，調(diào)控巨噬細(xì)胞的分化方向，抑制機(jī)體過(guò)度炎癥，可能是感染和非感染性炎癥疾病治療的新思路。

2 PPAR-γ的結(jié)構(gòu)、分型和生物學(xué)功能

PPARs是一類(lèi)核受體轉(zhuǎn)錄因子超家族蛋白，主要有PPAR-α、PPAR-β/δ和PPAR-γ三種亞型。作為一種配體激活的核轉(zhuǎn)錄因子，PPAR-γ活化后進(jìn)入細(xì)胞核與視黃酮X受體(retinoid X receptor，RXR)結(jié)合形成二聚體，與PPAR應(yīng)答元件(peroxisome proliferator response element，PPRE)作用后，可以激活或抑制靶基因表達(dá)[11]。PPAR-γ蛋白由4個(gè)功能結(jié)構(gòu)區(qū)域組成：①A/B區(qū)含活化功能域(activation function-1，AF-1)，位于氨基末端，該位點(diǎn)絲氨酸磷酸化能夠抑制PPAR-γ與配體結(jié)合激活；②C區(qū)是PPAR-γ的DNA結(jié)合域，與RXR形成二聚體；③D區(qū)為鉸鏈區(qū)，含DNA結(jié)合域，賦予配體結(jié)合域靈活性；④E區(qū)為配體結(jié)合區(qū)域，位于PPAR-γ與RXR的二聚體區(qū)域。PPAR-γ基因按5′端序列不同可產(chǎn)生3種mRNA，分為PPAR-γ1、PPAR-γ2和PPAR-γ3。其中，PPAR-γ1與PPAR-γ3 mRNA翻譯后生成蛋白質(zhì)完全相同，而PPAR-γ2蛋白N端相較PPAR-γ1蛋白多出30個(gè)氨基酸序列。PPAR-γ1是PPAR-γ的主要形式，表達(dá)范圍相對(duì)廣泛，主要在脂肪細(xì)胞，免疫細(xì)胞(包括巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞)，平滑肌細(xì)胞和肝臟細(xì)胞大量表達(dá)；而PPAR-γ2表達(dá)范圍較窄，主要在脂肪細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞內(nèi)表達(dá)；PPAR-γ3僅表達(dá)于巨噬細(xì)胞和大腸中[12]。PPAR-γ在調(diào)控脂肪細(xì)胞分化和脂糖代謝中發(fā)揮關(guān)鍵性作用，阻斷PPAR-γ信號(hào)激活可抑制脂肪合成[13]。此外，PPAR-γ信號(hào)還與機(jī)體胰島素抵抗的形成密切相關(guān)，PPAR-γ敲減小鼠會(huì)出現(xiàn)脂肪萎縮、胰島素抵抗和脂肪肝等癥狀[4]。最新研究發(fā)現(xiàn)，PPAR-γ信號(hào)抑制與多種炎癥疾病和自身免疫性疾病的發(fā)生密切相關(guān)。正常人群脂肪組織PPAR-γ保持穩(wěn)定活性，巨噬細(xì)胞數(shù)量較少且呈現(xiàn)M2型，這有利于維持胰島素敏感性；而肥胖患者脂肪組織中PPAR-γ表達(dá)和活性降低，巨噬細(xì)胞數(shù)量增多且為M1型，呈現(xiàn)一種慢性低度炎癥狀態(tài)，是導(dǎo)致糖代謝紊亂和胰島素抵抗發(fā)生的重要基礎(chǔ)[14]。研究提示，PPAR-γ基因突變或敲減后小鼠對(duì)化學(xué)因素誘導(dǎo)結(jié)腸炎敏感性增加，過(guò)敏性哮喘和胰腺炎等自身免疫性疾病風(fēng)險(xiǎn)也提高。PPAR-γ激活還可誘導(dǎo)單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞等炎癥效應(yīng)細(xì)胞凋亡，抑制機(jī)體過(guò)度炎癥，提高膿毒癥動(dòng)物存活率[15]。不僅如此，PPAR-γ還能夠誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，抑制腫瘤血管生成，參與調(diào)控肝癌、胃癌、食管癌和卵巢癌的發(fā)生及發(fā)展[16]。

3 PPAR-γ在巨噬細(xì)胞炎癥調(diào)控中的作用及機(jī)制

PPAR-γ與巨噬細(xì)胞成熟過(guò)程密切相關(guān)，單核細(xì)胞向巨噬細(xì)胞分化過(guò)程中PPAR-γ活性逐漸升高，并隨分化成熟達(dá)到峰值，PPAR-γ激動(dòng)劑可刺激人單核細(xì)胞中巨噬細(xì)胞表面標(biāo)志物CD163和CD36表達(dá)升高[17]。不僅如此，PPAR-γ可通過(guò)調(diào)控氧化還原平衡、抑制促炎信號(hào)通路和激活多種抗炎因子表達(dá)，最終決定機(jī)體巨噬細(xì)胞的炎癥走向。

3.1 PPAR-γ抑制M1型巨噬細(xì)胞促炎信號(hào)的啟動(dòng)

M1型巨噬細(xì)胞的促炎反應(yīng)是導(dǎo)致多種急慢性疾病的始作俑者，抑制其過(guò)度激活對(duì)于膿毒癥、肥胖和心腦血管等疾病防治具有重要意義。研究表明，多種信號(hào)通路參與調(diào)控了巨噬細(xì)胞的促炎反應(yīng)，其中最主要的包括Toll樣受體(Toll-like receptors，TLR)、核 因 子-κB(nuclear factor kappa-B，NFκB)、激活蛋白1(activator protein 1，AP-1)、環(huán)氧化酶-2(cyclooxygenase，COX-2)、信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子(signal transducers and activators of transcription，STAT)和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible NOS，iNOS)等[18]。大量研究提示，PPAR-γ信號(hào)激活可顯著阻斷TLR4、NF-κB、AP-1和COX2等轉(zhuǎn)錄因子與靶基因啟動(dòng)子中同源位點(diǎn)結(jié)合，抑制巨噬細(xì)胞TNF-α和IL-6的表達(dá)，進(jìn)而改善小鼠膿毒癥[19]。PPAR-γ的激動(dòng)劑曲格列酮、羅格列酮等可抑制骨髓原代巨噬細(xì)胞的M1型極化和促炎因子轉(zhuǎn)錄表達(dá)。此外，大黃素能夠激活RAW264.7巨噬細(xì)胞中PPAR-γ信號(hào)，抑制LPS誘導(dǎo)NF-κB及下游促炎信號(hào)啟動(dòng)[20]。高良姜素可激活小膠質(zhì)細(xì)胞中PPAR-γ信號(hào)，抑制促炎細(xì)胞因子、趨化因子和細(xì)胞黏附分子表達(dá)[21]。上述結(jié)果表明，PPAR-γ可抑制M1型巨噬細(xì)胞促炎信號(hào)的啟動(dòng)。

3.2 PPAR-γ促進(jìn)M2型巨噬細(xì)胞抗炎信號(hào)的過(guò)程

此外，PPAR-γ信號(hào)可能參與M2型巨噬細(xì)胞抗炎信號(hào)的啟動(dòng)。研究[22-23]報(bào)道，PPAR-γ激活可促進(jìn)巨噬細(xì)胞M2型極化，并上調(diào)CD206、IL-10和Arg1等抗炎因子表達(dá)。Odegaard等[24]報(bào)道顯示，骨髓細(xì)胞PPAR-γ敲除小鼠的M2型巨噬細(xì)胞減少，脂肪組織抗炎因子表達(dá)降低，高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖和胰島素抵抗風(fēng)險(xiǎn)增加。在高脂喂養(yǎng)的動(dòng)物模型中PPAR-γ表達(dá)和活性降低，促進(jìn)Kuffer細(xì)胞M1型比例升高、M2型比例減少，進(jìn)而導(dǎo)致非酒精性脂肪肝。且動(dòng)脈粥樣硬化患者巨噬細(xì)胞中PPAR-γ活性與M2型標(biāo)志物表達(dá)呈正相關(guān)，激活PPAR-γ可促進(jìn)單核細(xì)胞向M2型巨噬細(xì)胞分化。此外，IL-4能夠誘導(dǎo)STAT6表達(dá)升高，與PPAR-γ結(jié)合促進(jìn)其轉(zhuǎn)錄激活，進(jìn)而啟動(dòng)巨噬細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞中抗炎信號(hào)表達(dá)[25]。研究表明，姜黃素、白蘆藜醇和小檗堿等多種中藥單體能夠激活PPAR-γ信號(hào)，啟動(dòng)RAW264.7巨噬細(xì)胞的抗炎癥反應(yīng)。Yao等[26]發(fā)現(xiàn)PPAR-γ激動(dòng)劑可與整合素αVβ5結(jié)合，進(jìn)而促進(jìn)M2型巨噬細(xì)胞抗炎信號(hào)Arg-1和Fizz1的表達(dá)。

3.3 PPAR-γ通過(guò)氧化還原調(diào)控巨噬細(xì)胞分化

大量文獻(xiàn)顯示，氧化還原(Redox)信號(hào)與巨噬細(xì)胞極化和炎癥調(diào)控密切相關(guān)[27-28]?；钚匝?reactive oxygen species，ROS)的不同劑量對(duì)炎癥信號(hào)的影響也存在差異，ROS增多或抗氧化減弱調(diào)控巨噬細(xì)胞向促炎分化，ROS減少或抗氧化增強(qiáng)有利于巨噬細(xì)胞向抗炎分化[29]。生理?xiàng)l件下，機(jī)體中PPAR-γ內(nèi)源性配體富含不飽和雙鍵，極易被ROS攻擊，形成脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物丙二醛(malondialdehyde，MDA)[30]，失去對(duì)PPAR-γ的激活作用。本課題組前期發(fā)現(xiàn)，在高糖培養(yǎng)肝細(xì)胞和胰島β細(xì)胞中ROS升高，而PPAR-γ表達(dá)和活性降低，提示ROS可能是PPAR-γ的負(fù)向調(diào)控因子[31]。PPAR-γ激活可抑制小膠質(zhì)細(xì)胞ROS和促炎因子的釋放，保護(hù)神經(jīng)元免受損傷。此外，在帕金森動(dòng)物模型中使用PPAR-γ激動(dòng)劑可抑制氧化損傷，減少促炎因子表達(dá)，增加抗炎因子釋放，發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用[32]。因此，PPAR-γ信號(hào)激活可能通過(guò)氧化還原平衡調(diào)控巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng)。

4 PPAR-γ激動(dòng)劑在炎癥疾病中的應(yīng)用

按照來(lái)源，PPAR-γ配體可以分為內(nèi)源性和外源性兩大類(lèi)，內(nèi)源性配體包括亞油酸、亞麻酸和二十二碳四烯酸等多不飽和脂肪酸及其代謝產(chǎn)物15-脫氧前列腺素J2(15d-PGJ2)；外源性配體包括羅格列酮、吡格列酮等噻唑烷二酮類(lèi)(thiazolidinediones，TZD)類(lèi)抗糖尿病藥物以及GW1929等。研究表明，15d-PGJ2、羅格列酮和吡格列酮等可阻斷M1型巨噬細(xì)胞NF-κB及下游促炎信號(hào)激活，并促進(jìn)M2型巨噬細(xì)胞抗炎因子轉(zhuǎn)錄表達(dá)[33]。15d-PGJ2和TZD類(lèi)藥物具有抗氧化、抗炎、抗腫瘤、抗纖維化和抗血管生成的作用，在多種炎癥疾病治療中具有應(yīng)用價(jià)值。

由生物和化學(xué)因素導(dǎo)致的腸道炎癥疾病是近年來(lái)國(guó)際研究的熱點(diǎn)，大量研究發(fā)現(xiàn)提高PPAR-γ配體水平對(duì)多種腸道炎癥疾病具有保護(hù)作用[34]。羅格列酮和吡格列酮干預(yù)可改善三硝基苯磺酸誘導(dǎo)的大鼠結(jié)腸炎癥反應(yīng)和黏膜潰爛[35]，小鼠腸道上皮細(xì)胞中過(guò)表達(dá)PPAR-γ可抑制LPS等誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)。此外，共軛亞油酸也可通過(guò)激活PPAR-γ，調(diào)控野生型小鼠腸道M1/M2型巨噬細(xì)胞比例，減輕炎癥反應(yīng)和腸道損傷，但對(duì)結(jié)腸特異性敲除PPAR-γ的小鼠則無(wú)明顯保護(hù)作用[36]。臨床試驗(yàn)也表明，潰瘍性結(jié)腸炎患者中PPAR-γ表達(dá)顯著減少，而七葉皂苷(aesculin)可通過(guò)激活PPAR-γ途徑改善腸道炎癥[37]。

膿毒癥是一種全身炎癥反應(yīng)綜合征，易導(dǎo)致多器官衰竭和死亡，而巨噬細(xì)胞M1型激活及其介導(dǎo)炎癥風(fēng)暴是導(dǎo)致疾病發(fā)生的重要基礎(chǔ)。大量研究表明，羅格列酮和吡格列酮可抑制膿毒癥小鼠巨噬細(xì)胞的促炎分化，并增加抗炎因子的分泌，抑制肝臟、肺臟和腦部等組織的炎癥損傷[38]。臨床研究也提示，羅格列酮和吡格列酮可降低膿毒癥患者血清中TNF-α和IL-6等促炎因子表達(dá)，改善其肺部和肝臟等組織的炎癥反應(yīng)[39]。

自身免疫性炎癥疾病是指自身抗原免疫紊亂導(dǎo)致機(jī)體炎癥損傷的一類(lèi)疾病，包括類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和系統(tǒng)性紅斑狼瘡等。研究發(fā)現(xiàn)，PPAR-γ激動(dòng)劑吡格列酮和羅格列酮有助于促進(jìn)單核細(xì)胞向M2型巨噬細(xì)胞分化，預(yù)防小鼠系統(tǒng)性紅斑狼瘡及動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生[40]。此外，吡格列酮可減少類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和椎間盤(pán)退變患者外周血單核細(xì)胞的IL-17A、IL-22和IFN-γ表達(dá)，減少脾臟巨噬細(xì)胞IL-6的分泌，延緩病情進(jìn)展[41]。TZD類(lèi)藥物還能夠誘導(dǎo)滑膜細(xì)胞凋亡，減少類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者滑膜細(xì)胞中TNF-α和IL-6的分泌。

代謝性炎癥是肥胖、非酒精性脂肪肝和二型糖尿病等疾病發(fā)生的重要機(jī)制。以往研究認(rèn)為，TZD類(lèi)藥物可通過(guò)激活PPAR-γ調(diào)控脂肪細(xì)胞分化和脂糖代謝，能夠改善脂肪肝和胰島素抵抗。最新研究提示，羅格列酮調(diào)控肝臟和脂肪組織的巨噬細(xì)胞M1/M2型極化比例，減輕動(dòng)物胰島素抵抗，羅格列酮增強(qiáng)胰島素敏感性一定程度上依賴于其自身的抗炎特性[42]。此外，吡格列酮能夠改善非糖尿病患者的代謝綜合征，服藥6周后患者血清和單核細(xì)胞中促炎因子表達(dá)下調(diào)，抗炎因子升高[43]。

5 小結(jié)

作為機(jī)體的固有免疫和炎癥調(diào)控的核心組分，巨噬細(xì)胞的數(shù)量和功能穩(wěn)態(tài)對(duì)于維持機(jī)體健意義重大。PPAR-γ是一種配體依賴的核受體因子，是機(jī)體維持正常脂糖代謝和胰島素敏感性的基礎(chǔ)，在肥胖、脂肪肝、糖尿病和心血管疾病中發(fā)揮關(guān)鍵作用。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，PPAR-γ還與巨噬細(xì)胞的極化和炎癥調(diào)控息息相關(guān)，不僅可抑制M1型巨噬細(xì)胞促炎信號(hào)激活，還能促進(jìn)M2型巨噬細(xì)胞抗炎反應(yīng)。PPAR-γ激活還可影響巨噬細(xì)胞內(nèi)氧化還原平衡，進(jìn)而間接發(fā)揮抗炎調(diào)控功能。TZD類(lèi)PPAR-γ激動(dòng)劑在膿毒癥、肥胖、腸道炎癥和自身免疫炎癥性疾病中發(fā)保護(hù)作用。但也有研究指出，長(zhǎng)期服用羅格列酮和吡格列酮等藥物能夠?qū)е聶C(jī)體體質(zhì)量增加，增加膀胱癌和慢性腎炎的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。此外，姜黃素、二苯乙烯苷、丹皮酚、人參皂苷等中藥單體也能促進(jìn)巨噬細(xì)胞抗炎反應(yīng)，減輕機(jī)體炎癥損傷。因此，PPAR-γ是調(diào)控巨噬細(xì)胞炎癥走向的核心分子，其激動(dòng)劑在各種急慢性疾病中應(yīng)用具有重要價(jià)值。