巨噬細(xì)胞活化參與肺纖維化機(jī)制研究進(jìn)展

蔡澤慧 趙鵬 張藍(lán)熙 李建生

(河南中醫(yī)藥大學(xué) 1呼吸疾病中醫(yī)藥防治省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 鄭州 450046；2河南省中醫(yī)藥防治呼吸病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院)

肺纖維化是一種進(jìn)行性、間質(zhì)纖維化性肺疾病，是多種彌漫性間質(zhì)性肺疾病(ILD)的共同結(jié)局，其中最具代表性的是特發(fā)性肺纖維化(IPF)。IPF發(fā)病率、死亡率呈逐年上升趨勢〔1〕，確診后患者中位生存期僅為3～5年〔2〕。本病發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，臨床表現(xiàn)以進(jìn)行性呼吸困難和肺功能下降為主要特征〔3～6〕；主要病理表現(xiàn)為肺泡上皮損傷、成纖維細(xì)胞灶形成和細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)過度沉積〔4,7〕；病理機(jī)制主要為外源性物質(zhì)誘導(dǎo)肺泡上皮損傷釋放炎性介質(zhì)，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞浸潤，觸發(fā)肺組織損傷與過度修復(fù)，導(dǎo)致纖維化發(fā)生〔8〕。鑒于巨噬細(xì)胞在纖維化形成中發(fā)揮的重要作用，本文就肺巨噬細(xì)胞的分類與功能、巨噬細(xì)胞活化及其釋放炎癥介入肺纖維化機(jī)制等研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，為肺纖維化的防治提供參考。

1 肺巨噬細(xì)胞的分類與功能

巨噬細(xì)胞是固有免疫的重要組成細(xì)胞，可吞噬外源物質(zhì)、清除凋亡細(xì)胞和壞死組織、分泌細(xì)胞因子，在免疫應(yīng)答、組織修復(fù)和重構(gòu)等過程中發(fā)揮重要作用。巨噬細(xì)胞具有異質(zhì)性，在來源、形態(tài)結(jié)構(gòu)、功能上有顯著差異〔9,10〕。

根據(jù)巨噬細(xì)胞在肺部分布情況的不同，可分為肺泡巨噬細(xì)胞(AMs)和肺間質(zhì)巨噬細(xì)胞(IMs)，AMs分布于呼吸道和肺泡中，IMs定位尚不明確，可分布于肺泡間質(zhì)、黏膜下層和血管外膜中〔11〕。AMs體積較大，形狀多樣，胞質(zhì)內(nèi)含有較多溶酶體，主要來源于胚胎卵黃囊巨噬細(xì)胞、骨髓中的祖母細(xì)胞、胚胎期單核細(xì)胞及血液循環(huán)和骨髓中的單核細(xì)胞。IMs體積較小，形態(tài)均一，細(xì)胞核較大且核內(nèi)含有豐富的異染色質(zhì)，主要由胚胎期卵黃囊和出生后骨髓中的單核細(xì)胞發(fā)育而來〔12,13〕。AMs的主要功能是殺傷病原微生物、吞噬水溶性差的有機(jī)顆粒、釋放炎癥介質(zhì)、呈遞抗原的同時(shí)表達(dá)不同的細(xì)胞膜受體，是引起肺部炎癥反應(yīng)和纖維化的關(guān)鍵細(xì)胞〔11〕。關(guān)于肺組織中IMs的功能研究較少，其吞噬、產(chǎn)生氧自由基和趨化性補(bǔ)體的能力較AMs弱，但表達(dá)白細(xì)胞介素(IL)-6和IL-10能力較AMs強(qiáng)，發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)功能〔14〕。根據(jù)巨噬細(xì)胞活化類型的不同，可分為經(jīng)典活化的巨噬細(xì)胞(M1)和替代活化的巨噬細(xì)胞(M2)〔15,16〕。M1由脂多糖(LPS)、干擾素(IFN)-γ、腫瘤壞死因子(TNF)等誘導(dǎo)產(chǎn)生，分泌TNF-α、IL-1β、IL-6等多種細(xì)胞因子促進(jìn)炎癥反應(yīng)〔17,18〕。M2由IL-4、IL-10、IL-13、糖皮質(zhì)激素、免疫復(fù)合物等誘導(dǎo)產(chǎn)生〔19〕，可分為4個(gè)亞型：①M(fèi)2a主要由Th2型細(xì)胞因子(IL-4、IL-13)誘導(dǎo)，表達(dá)Ⅰ型精氨酸酶編碼基因(Arg)-1、甘露糖受體(MR/CD206)、清道夫受體(CD163)及趨化因子配體(CCL)18等，促進(jìn)組織損傷的修復(fù)〔20〕。②M2b由免疫復(fù)合物和TLR激動劑誘導(dǎo)，表達(dá)IL-10、IL-1、轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-β、并增強(qiáng)機(jī)體對LPS毒性的耐受性〔19〕。③M2c由糖皮質(zhì)激素、IL-10和TGF-β誘導(dǎo)，表達(dá)CD206，主要參與免疫抑制反應(yīng)和組織重塑〔21〕。④M2d可由IL-6和腺苷誘導(dǎo)〔22〕，促進(jìn)血管生成、ECM重塑并抑制適應(yīng)性免疫〔23〕。

2 巨噬細(xì)胞釋放多種介質(zhì)促進(jìn)肺纖維化的發(fā)生發(fā)展

肺纖維化發(fā)生發(fā)展過程中，煙霧、藥物、感染等外源性物質(zhì)誘導(dǎo)肺泡上皮損傷，同時(shí)淋巴細(xì)胞激活釋放炎癥介質(zhì)，促進(jìn)巨噬細(xì)胞向損傷部位募集、活化，引發(fā)異常修復(fù)，導(dǎo)致ECM過度沉積，調(diào)控肺纖維化的發(fā)生發(fā)展〔8〕。

2.1IL 在肺纖維化的早期炎癥階段，Th1型細(xì)胞因子可將肺組織中巨噬細(xì)胞活化為促炎性M1表型，誘導(dǎo)持續(xù)的炎癥反應(yīng)和組織損傷〔24～26〕。研究表明急性肺損傷動物模型中的M1型巨噬細(xì)胞顯著增加，高表達(dá)炎癥因子和趨化因子，誘導(dǎo)肺泡上皮細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷〔27～29〕；在碳納米管誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化模型中，M1型巨噬細(xì)胞在模型誘導(dǎo)的第1天明顯上升，第3天達(dá)到峰值〔30〕；在二氧化硅、博來霉素或氮芥誘導(dǎo)的肺纖維化模型中，巨噬細(xì)胞顯著增加，IL-1和TNF-α表達(dá)升高，阻斷IL-1受體IL-1R1可緩解肺部纖維化〔31〕。巨噬細(xì)胞活化還可通過激活NLRP3炎性小體參與肺纖維化發(fā)生發(fā)展。研究表明在二氧化硅、石棉和碳納米管等外源性晶體導(dǎo)致的肺纖維化早期炎癥性疾病階段，巨噬細(xì)胞中NLRP3炎性小體激活，調(diào)節(jié)胱冬肽酶(caspase)-1活化，促進(jìn)胞質(zhì)內(nèi)IL-1β成熟與分泌〔32〕；在PM2.5誘導(dǎo)的肺纖維化小鼠模型中，AMs中NLRP3炎性小體被激活，誘導(dǎo)支氣管肺泡灌洗液(BALF)中IL-1β和TGF-β1表達(dá)升高，且在小鼠小氣道周圍膠原沉積明顯〔33〕。此外，IL-1β可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞活化產(chǎn)生TGF-β，促進(jìn)上皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞活化、增殖并分化為產(chǎn)生膠原的肌成纖維細(xì)胞；還可增加纖溶酶原激活物抑制劑(PAI)-1的表達(dá)，抑制ECM降解〔34〕。

在肺纖維化中后期，巨噬細(xì)胞活化并分泌IL-10、IL-13、IL-33等Th2型細(xì)胞因子，在纖維化形成階段發(fā)揮重要作用〔35～37〕。研究發(fā)現(xiàn)在石棉沉積癥、結(jié)節(jié)病患者的BALF和IPF患者的AMs中，IL-10的水平顯著升高〔38～40〕；敲除小鼠IL-10基因可抑制二氧化硅或博來霉素誘導(dǎo)的肺纖維化〔41〕。IPF患者的血液和BALF中IL-13水平升高，且與肺纖維化嚴(yán)重程度呈正相關(guān)〔42〕；在熒光素異硫氰酸酯誘導(dǎo)的急性肺損傷模型中，巨噬細(xì)胞高表達(dá)IL-13，誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞產(chǎn)生ECM并發(fā)揮促纖維化作用，抑制IL-13可緩解小鼠肺纖維化發(fā)生〔43,44〕；外源性給予IL-33可促進(jìn)巨噬細(xì)胞M2型極化并產(chǎn)生IL-13和TGF-β1，促進(jìn)肺纖維化的發(fā)生發(fā)展〔37,45〕。

2.2生長因子 在肺纖維化發(fā)生發(fā)展的中后期，M2型巨噬細(xì)胞在肺組織中比例顯著增加，高表達(dá)TGF-β、結(jié)締組織生長因子(CTGF)、血小板源性生長因子(PDGF)等促進(jìn)纖維化因子等〔46〕。TGF-β是典型的促纖維化因子，其中TGF-β1亞型通過激活跨膜受體絲氨酸/蘇氨酸激酶和胞質(zhì)內(nèi)的Smad2/3信號通路，增加下游膠原Ⅰ和Ⅲ基因轉(zhuǎn)錄〔47,48〕；促進(jìn)成纖維細(xì)胞分化為肌成纖維細(xì)胞〔49〕。Yao等〔50〕研究發(fā)現(xiàn)M2型巨噬細(xì)胞中C/EBP同源蛋白表達(dá)增加可促進(jìn)TGF-β表達(dá)，促進(jìn)肺纖維化發(fā)展。此外，IPF患者肺巨噬細(xì)胞中PDGF表達(dá)增加；PDGF可通過IP3門控通道增加Ca2+釋放，誘導(dǎo)肺成纖維細(xì)胞中ECM相關(guān)基因表達(dá)；PDGF受體酪氨酸激酶抑制劑伊馬替尼可明顯改善肺纖維化〔51～53〕。CTGF是參與肺損傷后組織重塑和纖維化的重要因子，在輻射誘導(dǎo)肺損傷中M2型極化的巨噬細(xì)胞增加并高表達(dá)CTGF，誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞活化為肌成纖維細(xì)胞，抑制CTGF生成后可降低肺纖維化程度〔54,55〕。

2.3趨化因子 巨噬細(xì)胞活化可產(chǎn)生CCL2(MCP-1)、CCL17、CCL22和CCL18等趨化因子，促進(jìn)成纖維細(xì)胞的募集與活化。研究發(fā)現(xiàn)IPF患者的BALF和血清中CCL2水平顯著升高〔56〕；在肺纖維化小鼠模型中，CCL2可誘導(dǎo)纖維細(xì)胞向肺泡損傷部位遷移分化為成纖維細(xì)胞〔57〕；CCL2還可激活ERK1/2信號通路促進(jìn)肺成纖維細(xì)胞產(chǎn)生IL-6，進(jìn)而激活I(lǐng)L-6/STAT3信號抑制成纖維細(xì)胞凋亡〔58〕。此外，在IPF患者的BALF中，CCL22和CCL17均顯著升高，可誘導(dǎo)AMs募集和激活，促進(jìn)肺纖維化進(jìn)展；抑制CCL17的生成可減少肺巨噬細(xì)胞數(shù)量，減緩纖維化發(fā)展〔59,60〕。CCL18又稱為肺活化調(diào)節(jié)趨化因子(PARC)，在肺纖維化患者BALF中M2型巨噬細(xì)胞高表達(dá)CCL18，激活成纖維細(xì)胞產(chǎn)生膠原蛋白，膠原蛋白又可正反饋性刺激M2產(chǎn)生CCL18，促進(jìn)肺纖維化的發(fā)展〔61～63〕。

2.4基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs) 巨噬細(xì)胞活化后可表達(dá)多種MMPs參與ECM重塑。MMPs是鋅依賴性肽鏈內(nèi)切酶，可調(diào)節(jié)ECM蛋白沉積和多種蛋白活性，如炎癥介質(zhì)、生長因子、抗纖維化生長因子等〔64〕。IPF患者的AMs中MMP-3表達(dá)增加，通過激活β-catenin信號誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞活化和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化〔65〕。IPF患者的BALF和肺組織巨噬細(xì)胞內(nèi)高表達(dá)MMP-8〔66〕；肺纖維化小鼠肺巨噬細(xì)胞表達(dá)MMP-8，可降低炎性蛋白(MIP)-1α和IFN-γ誘導(dǎo)蛋白(IP)-10的水平，促進(jìn)肺纖維化的發(fā)生〔67〕。MMP-9在IPF患者的AMs和IMs中表達(dá)升高〔68〕，但MMP-9在纖維化中的作用是雙向的，既可激活TGF-β1促進(jìn)纖維化的發(fā)展〔69〕，又可降低胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白(IGFBP)3，發(fā)揮抗纖維化作用〔70〕。AMs還可表達(dá)MMP-10，IPF患者血清中MMP-10含量是反映疾病嚴(yán)重程度和預(yù)后的生物標(biāo)志物〔71〕；MMP-10可促進(jìn)巨噬細(xì)胞遷移，并誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞活化，膠原酶活性增加，發(fā)揮抗纖維化作用〔72,73〕。巨噬細(xì)胞還可表達(dá)MMP-12和MMP-13〔74,75〕，但這兩種MMP在肺纖維化中的作用尚存在爭議。MMP-28在肺巨噬細(xì)胞中普遍存在，在博來霉素誘導(dǎo)的肺纖維化小鼠中，MMP-28通過促進(jìn)M1極化為M2，誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞增殖和膠原蛋白生成，從而促進(jìn)肺纖維化〔76〕。

2.5其他 M2型巨噬細(xì)胞還可高表達(dá)Arg-1、抵抗素樣家族蛋白(Fizz)-1、幾丁質(zhì)酶3樣分子3(Chi3l3/Ym-1)、CD206等〔24,77～79〕。Arg-1可將L-精氨酸水解為L-鳥氨酸，促進(jìn)多胺和脯氨酸合成，為ECM中膠原蛋白的合成提供原料〔79,80〕。Fizz-1為M2極化特異性蛋白，可促進(jìn)成纖維細(xì)胞中α-平滑肌肌動蛋白(SMA)和膠原蛋白生成；減少Fizz-1表達(dá)，可減少肺成纖維細(xì)胞活化，抑制骨髓來源的巨噬細(xì)胞向肺部募集，改善博來霉素誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化〔81〕。研究發(fā)現(xiàn)微囊藻毒素-LR可以抑制巨噬細(xì)胞向CD206+巨噬細(xì)胞M2型活化，從而抑制上皮細(xì)胞中間質(zhì)轉(zhuǎn)化信號傳導(dǎo)和成纖維細(xì)胞活化，改善博來霉素誘導(dǎo)的大鼠肺纖維化〔82〕。

綜上，巨噬細(xì)胞在肺纖維化的早期炎癥反應(yīng)、中后期纖維化形成階段均發(fā)揮重要作用，干預(yù)巨噬細(xì)胞異?；罨赡苁菧p緩肺纖維化發(fā)生發(fā)展的重要策略，相關(guān)研究取得較大進(jìn)展。但仍存在有關(guān)問題尚需解決，如肺纖維化中不同活化類型的巨噬細(xì)胞來源與作用、干預(yù)巨噬細(xì)胞活化防治肺纖維化的機(jī)制等。針對此類問題開展深入研究，將為肺纖維化防治提供新的途徑及科學(xué)依據(jù)。