巨噬細(xì)胞與缺血-再灌注損傷相關(guān)研究進(jìn)展

劉琦 張燕楠 孫啟全

缺血-再灌注損傷（ischemia-reperfusion injury，IRI）是一個復(fù)雜的過程，當(dāng)流向組織或器官的血流暫時受限后重新恢復(fù)時就會導(dǎo)致組織損傷和功能障礙，包括氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、鈣超載和細(xì)胞死亡[1]。IRI 可在心肌梗死、卒中、器官移植、涉及暫時中斷血流的手術(shù)等過程中發(fā)生[2-4]。避免發(fā)生IRI 對于醫(yī)師來說是一個重要的治療挑戰(zhàn)。

巨噬細(xì)胞來源于骨髓中產(chǎn)生的單核細(xì)胞，是免疫系統(tǒng)的重要組成部分[5]。除此之外，胚胎來源的組織駐留巨噬細(xì)胞是機(jī)體天然免疫的核心要件之一[6]。巨噬細(xì)胞在免疫反應(yīng)的早期階段能吞噬入侵的病原體，并將其碎片提呈給其他免疫細(xì)胞如T 細(xì)胞并促進(jìn)其激活和增殖[7]。巨噬細(xì)胞影響著IRI 的病理生理發(fā)展過程。在缺血期，巨噬細(xì)胞被各種信號激活，通過釋放活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）、促炎因子和趨化因子等來啟動炎癥反應(yīng)[8]。在再灌注期，巨噬細(xì)胞大量聚集到損傷部位并發(fā)揮雙重作用，一方面通過產(chǎn)生細(xì)胞因子誘導(dǎo)進(jìn)一步的炎癥和氧化應(yīng)激，導(dǎo)致組織損傷和功能障礙[9-10]，另一方面通過清除細(xì)胞碎片、促進(jìn)血管生成和釋放有助于組織愈合的生長因子來促進(jìn)組織修復(fù)和再生。因此，了解巨噬細(xì)胞這兩個方面功能之間的復(fù)雜平衡對于制定減輕IRI 的治療策略至關(guān)重要。

1 巨噬細(xì)胞表型平衡的機(jī)制

M1/M2 分型是廣泛使用的巨噬細(xì)胞分型[11]。M1 型巨噬細(xì)胞是促炎細(xì)胞，參與病原體的清除[12]，而M2 型巨噬細(xì)胞具有抗炎作用，參與組織修復(fù)和重塑以及細(xì)胞外基質(zhì)重塑[13]。巨噬細(xì)胞最初的促炎激活會導(dǎo)致組織損傷，而它們隨后向抗炎和修復(fù)表型的過渡則促進(jìn)組織愈合和損傷消退。這些巨噬細(xì)胞表型之間的平衡對于IRI 的結(jié)局和治療十分重要。細(xì)胞因子環(huán)境的變化與IRI 中巨噬細(xì)胞的極化有著緊密的聯(lián)系。白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-6 和干擾素（interferon，IFN）-γ 等促炎因子會促進(jìn)M1 極化[14-15]，而IL-10 和轉(zhuǎn)化生長因子（transforming growth factor，TGF）-β 等抗炎因子則會推動M2 極化[16]，細(xì)胞因子環(huán)境紊亂，如促炎因子分泌過多或抗炎因子信號不足，都會阻礙向M2 表型的轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)錄因子是調(diào)節(jié)基因表達(dá)的細(xì)胞蛋白，過氧化物酶體增殖激活受體γ（peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR-γ）、信號傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子（signal transducer and activator of transcription，STAT）1 和Krüppel 樣因子4（Krüppel-like factor 4，KLF4）等轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控可誘導(dǎo)M2 特異性基因的表達(dá)[17-20]。另外，局部微環(huán)境如凋亡細(xì)胞碎片、細(xì)胞外基質(zhì)成分和特定免疫細(xì)胞亞群等因素也可促進(jìn)M2 極化[21]。而巨噬細(xì)胞表型之間的平衡失調(diào)會對組織穩(wěn)態(tài)和疾病結(jié)果產(chǎn)生重大影響，長期或未解決的炎癥可導(dǎo)致持續(xù)的M1 表型，使組織損傷永久化，并影響向抗炎M2 表型的過渡，例如，在動脈粥樣硬化和自身免疫性疾病等慢性炎癥中就會出現(xiàn)這種失衡[22-23]。

2 巨噬細(xì)胞向不同缺血組織的募集和浸潤的機(jī)制

在IRI 過程中，身體的免疫反應(yīng)被激活，以修復(fù)受損的組織。巨噬細(xì)胞是浸潤缺血組織和參與組織修復(fù)這一過程中的重要的一環(huán)。在機(jī)體發(fā)生IRI 時，募集的單核細(xì)胞在局部組織因子的影響下分化為巨噬細(xì)胞。值得注意的是，巨噬細(xì)胞募集和浸潤的確切機(jī)制取決于特定的組織和缺血性損傷的情況。

2.1 趨化因子

趨化因子是細(xì)胞因子的一種，介導(dǎo)免疫細(xì)胞向炎癥或組織區(qū)域定向運(yùn)動[24]。受傷的細(xì)胞釋放趨化因子CC 趨化因子配體（CC chemokine ligand，CCL）2、CCL5 和CXC 趨化因子受體（CXC chemokine receptor，CXCR）4 等是吸引巨噬細(xì)胞到損傷部位的信號分子[25-28]。在腎IRI 的背景下，CC 趨化因子受體（CC chemokine receptor，CCR）5 協(xié)調(diào)巨噬細(xì)胞的招募和激活，CCR5 拮抗劑通過減少實(shí)驗(yàn)性腎小球腎炎模型中單核細(xì)胞的沉積來減輕腎損傷[29]。此外，在急性腎損傷到慢性腎病的轉(zhuǎn)換過程中，M1/M2 型巨噬細(xì)胞衍生的CCL18 會激增而募集巨噬細(xì)胞到腎損傷部位發(fā)揮作用，CCL18 的評估可用于監(jiān)測疾病進(jìn)展[30]。在心肌IRI 中，CCL1、CCL2、CCL3和CCL7 會顯著上調(diào)，影響巨噬細(xì)胞對損傷反應(yīng)進(jìn)行積極調(diào)節(jié)[31]。

2.2 黏附因子

黏附因子維持組織結(jié)構(gòu)、介導(dǎo)免疫反應(yīng)和實(shí)現(xiàn)各種細(xì)胞過程。值得一提的是，細(xì)胞黏附連接是心臟中一種特殊的細(xì)胞間結(jié)構(gòu)，維持心臟收縮功能[32]。在人冠狀動脈和主動脈的內(nèi)皮細(xì)胞中主要表達(dá)的整合素（integrin，ITG）A3、ITGA5、ITGA9、ITGA10、ITGB1、ITGB3 以及血管細(xì)胞黏附因子（vascular cell adhesion molecule，VCAM）-1 和細(xì)胞間黏附分子（intercellular adhesion molecular，ICAM）-1，是炎癥期間心臟巨噬細(xì)胞積累的有效介質(zhì)，當(dāng)這些黏附分子穿過受損組織附近的血管時，會與內(nèi)皮細(xì)胞上的互補(bǔ)黏附分子結(jié)合進(jìn)行跨內(nèi)皮遷移進(jìn)入心臟組織，導(dǎo)致巨噬細(xì)胞募集到受傷區(qū)域[33]。

2.3 常駐巨噬細(xì)胞

常駐巨噬細(xì)胞存在于特定組織和器官中，其中最典型的是肝臟中的枯否細(xì)胞（Küpffer cell，KC）。在沒有炎癥刺激的情況下，KC 僅從肝竇中募集少量單核細(xì)胞來源的巨噬細(xì)胞。炎癥刺激如IRI 后，一系列促炎刺激和受損肝細(xì)胞導(dǎo)致巨噬細(xì)胞活化增加、大量單核細(xì)胞來源的巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞侵入肝組織，樹突狀細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和KC 的相互作用會加重炎癥和組織損傷[34]。KC 的極化狀態(tài)可以增強(qiáng)促炎作用或改善IRI[35]。小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的組織駐留巨噬細(xì)胞[36]，腦IRI 后，活化的小膠質(zhì)細(xì)胞從保護(hù)性M2 表型逆轉(zhuǎn)為有害性M1 表型并向缺血腦組織募集，引起炎癥反應(yīng)，并作為引發(fā)因素參與并貫穿腦IRI 的全過程，造成一系列惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致不可逆的腦損傷[37]。

2.4 其 他

組織缺血和缺氧可導(dǎo)致缺氧誘導(dǎo)因子（hypoxiainducible factor，HIF）-1α 等因子的釋放，從而影響巨噬細(xì)胞的募集和浸潤。例如，HIF-1α 因腎臟和心肌缺血而上調(diào)，影響缺氧腎臟和心臟微環(huán)境中巨噬細(xì)胞的募集和激活[38-39]。巨噬細(xì)胞還可以與細(xì)胞外基質(zhì)相互作用促進(jìn)它們在組織中遷移[40]。其他免疫細(xì)胞包括中性粒細(xì)胞和T 細(xì)胞等，可以通過細(xì)胞間相互作用和細(xì)胞因子的釋放來影響巨噬細(xì)胞的募集，但是受傷部位免疫細(xì)胞的類型和豐度可能有所不同。例如在缺血期間，與腎臟相比，心臟可能具有不同的免疫細(xì)胞特征[41]。

3 IRI 中靶向巨噬細(xì)胞的治療策略

3.1 巨噬細(xì)胞的耗竭

耗竭或抑制巨噬細(xì)胞的活性能減少其有害作用，可以通過各種手段來實(shí)現(xiàn)，如使用特異性抗體或藥物來針對巨噬細(xì)胞的標(biāo)志物或功能。Hu 等[16]通過使用氯膦酸鹽脂質(zhì)體消耗巨噬細(xì)胞和改變炎癥因子，有效地降低了腎臟巨噬細(xì)胞的數(shù)量，并顯著減輕了腎纖維化的程度，為開發(fā)新的治療策略提供了思路。

3.2 巨噬細(xì)胞極化調(diào)節(jié)

巨噬細(xì)胞可以表現(xiàn)出不同的表型，將巨噬細(xì)胞從促炎表型轉(zhuǎn)化為抗炎表型可能有助于減少組織損傷。這可以通過使用促進(jìn)M2 極化的藥物來實(shí)現(xiàn)，如某些細(xì)胞因子或小分子化合物。PPARγ 作為一種轉(zhuǎn)錄因子，已被證明在調(diào)控巨噬細(xì)胞極化和炎癥反應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。Wang 等[18]證明PPARγ 激動劑可以抑制巨噬細(xì)胞向M1 型極化的轉(zhuǎn)變，增加巨噬細(xì)胞向M2 型極化的傾向，并且是通過抑制Janus 激酶（Janus kinase，JAK）/STAT 途徑來調(diào)節(jié)的，從而減輕心肌IRI。長春西汀是一種神經(jīng)保護(hù)性血管擴(kuò)張藥物，研究發(fā)現(xiàn)長春西汀通過調(diào)節(jié)Sirt1/SOCS3/STAT3信號通路，在大鼠腸道IRI 中發(fā)揮了顯著的保護(hù)作用，并且能夠促進(jìn)巨噬細(xì)胞的M2 型極化，該研究為腸道IRI 的治療提供了新的治療策略，并且為相關(guān)炎癥反應(yīng)的調(diào)控機(jī)制提供了新的認(rèn)識[42]。

3.3 抗炎劑

各種抗炎劑可用于抑制巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，包括糖皮質(zhì)激素、非甾體抗炎藥、黃酮類藥物和免疫調(diào)節(jié)劑。這些藥物可以幫助抑制巨噬細(xì)胞的活化和減少炎癥因子的釋放。山奈酚是一種天然產(chǎn)物，具有抗炎和抗氧化的作用，實(shí)驗(yàn)證明與感染組相比，山奈酚處理組顯著降低了腎臟炎癥因子的水平，減少了巨噬細(xì)胞的浸潤，并改善了急性腎損傷的臨床表現(xiàn)[43]。

3.4 靶向給藥

納米顆?；蛑|(zhì)體可以被設(shè)計(jì)成特異性靶向巨噬細(xì)胞，并將治療劑直接輸送到這些細(xì)胞。這種方法可以進(jìn)行局部治療，增強(qiáng)治療效果同時最大限度地減少脫靶效應(yīng)。一氧化碳因其有益的特性如抗炎、抗凋亡和促進(jìn)線粒體生物生成特性而成為一種治療分子，Zhang 等[44]成功設(shè)計(jì)并合成了一種納米發(fā)生器，該納米發(fā)生器能夠在缺血區(qū)域釋放一氧化碳，并對過氧亞硝酸根進(jìn)行高效清除，從而預(yù)防心肌IRI。

3.5 巨噬細(xì)胞遷移調(diào)節(jié)

通過抑制巨噬細(xì)胞遷移到損傷或炎癥的部位，有可能限制巨噬細(xì)胞向損傷組織的浸潤。靶向參與巨噬細(xì)胞遷移的趨化因子受體或黏附分子可以幫助實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。Chang 等[45]在輸尿管梗阻或IRI 誘導(dǎo)進(jìn)行性腎病的小鼠中，發(fā)現(xiàn)血管生成素-1 過表達(dá)減少了損傷后巨噬細(xì)胞浸潤以及活化的巨噬細(xì)胞遷移，并保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞免受細(xì)胞凋亡。研究人員使用選擇性的α2 腎上腺素受體激動劑右美托咪定處理心肌IRI 的小鼠，發(fā)現(xiàn)右美托咪定處理能通過抑制巨噬細(xì)胞遷移抑制因子的表達(dá)，減少炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激的發(fā)生[46]，從而顯著減輕心肌IRI。

3.6 干細(xì)胞治療

間充質(zhì)干細(xì)胞（mesenchymal stem cell，MSC）在調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞活性和減輕IRI 方面顯示出潛力。MSC 可分泌抗炎因子，改變巨噬細(xì)胞功能，促進(jìn)組織修復(fù)[47]。Zhao 等[48]發(fā)現(xiàn)MSC 來源的細(xì)胞外囊泡通過上調(diào)微小RNA（microRNA，miRNA，miR）-182 的表達(dá)來調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化。miR-182 的過表達(dá)能夠促進(jìn)巨噬細(xì)胞向抗炎M2 型極化，并減輕心肌IRI。

總而言之，針對巨噬細(xì)胞在IRI 中的治療策略仍在探索中，需要進(jìn)一步的研究才能充分了解其有效性和安全性。

4 小結(jié)

巨噬細(xì)胞的激活和極化在炎癥反應(yīng)、組織損傷以及隨后的修復(fù)過程中發(fā)揮重要作用。深入了解巨噬細(xì)胞在IRI 過程中的不同活化狀態(tài)和亞型特征，確定與其相關(guān)的信號通路和分子機(jī)制，揭示這些網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵組成部分、相互作用，并且探索巨噬細(xì)胞釋放的細(xì)胞因子及其相互作用，以及在不同時間點(diǎn)和環(huán)境中的動態(tài)平衡，有助于開發(fā)和優(yōu)化針對巨噬細(xì)胞的治療干預(yù)策略，這可能包括藥物干預(yù)、基因工程技術(shù)、細(xì)胞治療等，以推動IRI 領(lǐng)域的研究進(jìn)展。