巨噬細(xì)胞在急性胰腺炎發(fā)生和發(fā)展中的作用

魏星 許春芳

蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院消化內(nèi)科，蘇州 251006

【提要】 急性胰腺炎(AP)是由多因素導(dǎo)致的胰腺腺泡內(nèi)胰酶激活，以局部胰腺炎癥反應(yīng)為主要特征，伴或不伴胰腺外器官功能障礙的疾病，其實質(zhì)是一種炎癥性疾病。巨噬細(xì)胞是炎癥反應(yīng)的主要參與者，在AP從局部炎癥發(fā)展為全身性炎癥反應(yīng)的病理生理學(xué)機制中扮演了非常重要的角色。作為種類和功能最為豐富的細(xì)胞群體之一，巨噬細(xì)胞表現(xiàn)出顯著的異質(zhì)性和可塑性，根據(jù)不同微環(huán)境刺激遵循不同的極化途徑。腹膜巨噬細(xì)胞、肝臟庫普弗細(xì)胞和肺巨噬細(xì)胞等可在AP的不同階段被激活，這可能是AP進展的基礎(chǔ)。

急性胰腺炎(AP)是一種常見的急腹癥，臨床表現(xiàn)為突發(fā)的上腹部疼痛和血淀粉酶、脂肪酶水平升高,病理表現(xiàn)為胰腺組織水腫、出血、壞死、炎癥細(xì)胞浸潤和實質(zhì)結(jié)構(gòu)受損。腺泡內(nèi)胰酶的過早激活和胰腺自身消化作為AP發(fā)生發(fā)展的中心理論[1]，長期以來一直都是人們關(guān)注的焦點，但臨床上針對AP患者使用胰蛋白酶抑制劑并未取得顯著療效[2-3]。Dawra等[4]研究發(fā)現(xiàn)，AP局部和全身性炎癥反應(yīng)的進展并不依賴于胰蛋白酶原的激活。近年來越來越多的研究表明，腺泡細(xì)胞的炎癥信號通路過度激活在胰腺炎的發(fā)病機制中起重要作用，可能導(dǎo)致了重癥急性胰腺炎(SAP)強烈的全身性炎癥反應(yīng)[5]。腺泡細(xì)胞釋放的炎癥遞質(zhì)招募并激活循環(huán)白細(xì)胞，如巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞[6]。參與AP局部炎癥的細(xì)胞有胰腺腺泡細(xì)胞、胰腺星狀細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞等，參與AP病理生理學(xué)過程的炎癥遞質(zhì)有腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細(xì)胞介素(IL)、血小板活化因子(PAF)、補體成分C5a、細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)、P物質(zhì)(SP)、單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)、巨噬細(xì)胞炎性蛋白(MIP)、巨噬細(xì)胞遷移抑制因子(MIF)等[7-9]。最終白細(xì)胞的過度激活會引發(fā)強烈的局部和全身性炎癥反應(yīng)，成為SAP的特征。由于巨噬細(xì)胞協(xié)調(diào)了炎癥的起始和消退，探究其在AP發(fā)生發(fā)展過程中的作用，有利于采取相應(yīng)的靶向治療措施，減輕炎癥反應(yīng)，減少胰腺和胰腺外靶器官損傷，進而降低病死率和改善預(yù)后。

一、巨噬細(xì)胞及其極化

巨噬細(xì)胞是一種內(nèi)在的異質(zhì)性細(xì)胞群，幾乎存在于所有器官，參與宿主防御和構(gòu)建組織穩(wěn)態(tài)，如腹膜巨噬細(xì)胞、肝臟庫普弗細(xì)胞、肺巨噬細(xì)胞(肺泡巨噬細(xì)胞和間質(zhì)巨噬細(xì)胞)、神經(jīng)系統(tǒng)的小膠質(zhì)細(xì)胞、皮膚的朗格漢斯細(xì)胞、骨組織的破骨細(xì)胞等。髓系祖細(xì)胞來源的前單核細(xì)胞從骨髓釋放進入血液，發(fā)育成為外周血單核細(xì)胞，其中一部分遷移到組織器官，分化為特定類型的組織常駐巨噬細(xì)胞[10]。某一器官的許多方面影響著巨噬細(xì)胞的異質(zhì)性，比如組織微結(jié)構(gòu)，代謝活動速率，腸道和皮膚局部共生微生物暴露，以及局部生長因子和激素的調(diào)節(jié)作用[11]。由此可見，不同位置以及局部微環(huán)境等多因素使巨噬細(xì)胞成為體內(nèi)種類和功能最為豐富的細(xì)胞群體之一。

巨噬細(xì)胞極化是指其受微環(huán)境各種信號刺激后被激活的過程。因為巨噬細(xì)胞具有強大的可塑性，故極化是不固定的。極化的巨噬細(xì)胞通常分為兩類:經(jīng)典激活的M1型和替代激活的M2型。干擾素-γ(IFN-γ)、TNF-α或toll樣受體(TLR)激動劑,如脂多糖(LPS)，通常導(dǎo)致M1型極化；而細(xì)胞因子IL-4、IL-10或IL-13，通常導(dǎo)致M2型極化[12]。不同極化狀態(tài)體現(xiàn)在靶基因表達(dá)水平、細(xì)胞表面分子、蛋白質(zhì)含量和活性等方面。比如M1型巨噬細(xì)胞分泌高水平的促炎細(xì)胞因子IL-12、IL-1β、TNF-α、MCP-1，高表達(dá)CD40、CD86和主要組織相容性復(fù)合體(MHC)-Ⅱ類分子，活性氧自由基(ROS)和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)產(chǎn)生增多；M2型巨噬細(xì)胞過度分泌抗炎細(xì)胞因子IL-4、IL-10、轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)，高表達(dá)CD163、CD36和甘露糖受體(CD206)，精氨酸酶-1(Arg1)產(chǎn)生增多[12-13]。

細(xì)胞的功能與其結(jié)構(gòu)是密切相關(guān)，甚至是相互影響的。McWhorter等[14]發(fā)現(xiàn)極化的M1型巨噬細(xì)胞呈扁平、薄煎餅狀，而M2型巨噬細(xì)胞身形細(xì)長。進一步研究發(fā)現(xiàn)，使用特制的培養(yǎng)系統(tǒng)可直接控制巨噬細(xì)胞形狀，使細(xì)胞極化為M2型。此外，極化也是一個涉及細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)代謝的過程。巨噬細(xì)胞通過吞噬衰老紅細(xì)胞回收鐵是體內(nèi)鐵的主要來源，對維持機體鐵穩(wěn)態(tài)起著至關(guān)重要的作用。Corna等[15]發(fā)現(xiàn)M1型巨噬細(xì)胞內(nèi)鐵含量相對封閉，表達(dá)高水平的鐵蛋白和低水平的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1；而M2型巨噬細(xì)胞具有較強的鐵回收釋放能力，表達(dá)譜與M1型剛好相反。近期Gan等[16]也得出了一致的結(jié)果，并且發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)鐵超載顯著降低了M1型巨噬細(xì)胞iNOS和細(xì)胞因子IL-6、IL-1β、TNF-α的表達(dá)水平。Agoro等[17]進行的在體動物實驗發(fā)現(xiàn)，富鐵飲食增加了腹膜巨噬細(xì)胞中M2型標(biāo)記物Arg1和Ym1的表達(dá)，同時減輕了腹腔注射LPS誘發(fā)的炎癥反應(yīng)。

極化的巨噬細(xì)胞發(fā)生如此復(fù)雜的生物學(xué)效應(yīng)，可見極化是一個能量密集的過程。AMP依賴的蛋白激酶(AMPK)被稱為調(diào)節(jié)能量平衡的代謝主開關(guān)。細(xì)胞內(nèi)AMPK的激活開啟產(chǎn)生ATP的分解代謝通路，并關(guān)閉消耗ATP的合成代謝通路。Sag等[18]研究發(fā)現(xiàn)M2型巨噬細(xì)胞內(nèi)AMPKα1活化水平明顯升高，而M1型巨噬細(xì)胞剛好相反。另外，M2型巨噬細(xì)胞線粒體氧化磷酸化作用增強，糖酵解和磷酸戊糖途徑通量減少；而M1型巨噬細(xì)胞線粒體氧化磷酸化作用減弱，糖酵解和磷酸戊糖途徑通量增加[19-20]。由此可見，巨噬細(xì)胞在極化過程中發(fā)生了代謝重組[11]，盡管這一過程涉及的具體機制目前尚不清楚。從代謝組學(xué)另一角度看，M2型巨噬細(xì)胞具有脂肪酸氧化和完整的克雷布斯循環(huán)(也稱三羧酸循環(huán))作為標(biāo)志性的代謝特征；而M1型巨噬細(xì)胞只有一個破碎的克雷布斯循環(huán)，因為其有兩個明顯的中斷[21]。

所以，多種微環(huán)境刺激作用于巨噬細(xì)胞，使其在形態(tài)學(xué)、基因表達(dá)、代謝組學(xué)等方面發(fā)生顯著改變。AP時巨噬細(xì)胞過度活化，釋放炎癥遞質(zhì)，觸發(fā)炎癥級聯(lián)反應(yīng)。探究巨噬細(xì)胞極化過程的細(xì)節(jié)，有利于對其進行精準(zhǔn)的調(diào)控，從而對炎癥過程進行有效的干預(yù)。

二、AP中巨噬細(xì)胞的活化

除胰彈性蛋白酶、脂肪酶等胰酶[22]可活化巨噬細(xì)胞外，腺泡細(xì)胞釋放的炎癥遞質(zhì)可以在AP早期募集巨噬細(xì)胞浸潤胰腺[6]。Gutierrez等[23]發(fā)現(xiàn)胰腺炎相關(guān)腹水，甚至是腹水的脂質(zhì)提取物也能激活巨噬細(xì)胞，從而加劇炎癥反應(yīng)?？梢夾P的嚴(yán)重程度與巨噬細(xì)胞活化及其活化水平密切相關(guān)[24-25]。而針對募集活化的巨噬細(xì)胞的干預(yù)措施也取得了明顯的效果。Bhatia等[26]用MCP-1合成阻滯劑賓達(dá)利治療小鼠，可以保護小鼠對抗胰腺炎。Badiei等[27]利用特異性siRNA沉默巨噬細(xì)胞的胱硫醚γ裂解酶基因(CSE)，可以降低胰腺炎小鼠的血漿淀粉酶，緩解胰腺和肺組織損傷。最近Pan等[28]發(fā)現(xiàn)乳糖可以增加胰腺組織中的IL-10+巨噬細(xì)胞，減少TNF-α+巨噬細(xì)胞。Taguchi等[29]利用納米技術(shù)合成了負(fù)載一氧化碳的血紅蛋白囊泡，其在體外能使巨噬細(xì)胞極化為M2型；在體內(nèi)可降低胰腺炎小鼠的血漿淀粉酶、脂肪酶和高遷移率族蛋白B1(HMGB1)水平，下調(diào)胰腺組織的IL-1β、IL-6、TNFα，上調(diào)IL-10，并緩解AP相關(guān)肺損傷?？梢娋奘杉?xì)胞參與了AP的發(fā)生發(fā)展，針對巨噬細(xì)胞的干預(yù)措施有顯著療效，它是臨床治療的潛在重要靶點。

三、巨噬細(xì)胞亞群與全身性炎癥反應(yīng)

1．腹膜巨噬細(xì)胞：胰腺周圍的炎性滲出液中含有大量胰酶和促炎遞質(zhì)，血液循環(huán)中血管活性物質(zhì)的增多導(dǎo)致體液丟失在腹膜腔形成腹水，疾病嚴(yán)重時腹水中還含有壞死的脂肪組織，表明AP時產(chǎn)生的腹水是腹膜巨噬細(xì)胞的天然培養(yǎng)基。Gea-Sorlí等[30]發(fā)現(xiàn)，胰腺炎誘導(dǎo)后早期腹膜巨噬細(xì)胞極化為M1型，產(chǎn)生大量的TNF-α等炎癥遞質(zhì)。放大了局部炎癥反應(yīng)，增加腹水的細(xì)胞毒性[31]。同時，這些炎癥遞質(zhì)會經(jīng)靜脈或腸系膜淋巴等途徑進入血液循環(huán)而至全身，導(dǎo)致胰腺外靶器官損傷[32-33]。所以腹膜巨噬細(xì)胞具有將局部炎癥擴展成全身性炎癥反應(yīng)的能力，在一定程度上決定了AP的嚴(yán)重程度，因此有學(xué)者將腹膜巨噬細(xì)胞作為干預(yù)靶點，以控制AP的全身性炎癥反應(yīng)。Takeyama等[31]在誘導(dǎo)胰腺炎前行腹腔灌洗以去除腹膜巨噬細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)腹水的細(xì)胞毒性和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的活性幾乎消失殆盡。Mikami等[34]采用脂質(zhì)體包封的氯磷酸鹽去除腹膜巨噬細(xì)胞后，明顯減輕胰腺炎大鼠的腹腔炎癥和肺損傷。Gea-Sorlí等[30]在體外采用IL-4和IL-13可將激活的M1型腹膜巨噬細(xì)胞逆轉(zhuǎn)為M2型，但在腹腔內(nèi)注射IL-4和IL-13后并沒有觀察到同樣的結(jié)果，盡管在一定程度上緩解了全身性炎癥反應(yīng)，這可能是因為腹水中的水解酶參與了細(xì)胞因子的降解，使其逆轉(zhuǎn)巨噬細(xì)胞極化的能力大打折扣。另外，在AP早期減少腹水中炎癥遞質(zhì)進入血液循環(huán)，腹腔灌洗或阻斷腸系膜淋巴引流是個不錯的選擇[32]。Shanbhag等[33]通過對AP小鼠行胸導(dǎo)管結(jié)扎及腸系膜淋巴外引流可預(yù)防AP相關(guān)的心功能障礙。

2．肝臟庫普弗細(xì)胞：Closa等[35]發(fā)現(xiàn)，AP大鼠行門腔靜脈分流術(shù)后降低了肺泡巨噬細(xì)胞的活化和肺組織髓過氧化物酶(MPO)活性，并減輕肺組織的炎癥反應(yīng)，提示肝臟，或者說庫普弗細(xì)胞，在胰腺局部炎癥發(fā)展為全身性炎癥反應(yīng)過程中起著重要作用[36-37]。Xu等[38]研究發(fā)現(xiàn)，肝庫普弗細(xì)胞在AP早期呈M1極化，但在體外用IL-4或調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Tregs)處理極化的庫普弗細(xì)胞后，M2標(biāo)志物表達(dá)增加，M1標(biāo)志物表達(dá)減少，并且Tregs逆轉(zhuǎn)作用較IL-4強。Liu等[36]使用庫普弗細(xì)胞阻斷劑三氯化釓降低了胰腺炎大鼠血清TNF-α、IL-1水平以及肺組織MPO活性，減少了肺泡巨噬細(xì)胞的NF-κB活化，顯著緩解肺組織損傷。有趣的是，很大部分研究都是關(guān)于庫普弗細(xì)胞介導(dǎo)胰腺炎相關(guān)肺損傷，卻少有報道庫普弗細(xì)胞在胰腺炎相關(guān)肝損傷中的作用[39]。相對肺來說，肝臟參與了胰腺炎早期階段炎癥反應(yīng)的放大過程，但臨床上AP相關(guān)肝損傷卻不如肺損傷常見。因此，需要更進一步的研究來闡釋這種差異性。

3．肺巨噬細(xì)胞：急性肺損傷是AP最常見的胰腺外器官功能障礙，高發(fā)病率和高病死率是其重要特征，其嚴(yán)重程度從無臨床或影像學(xué)異常的輕度低氧血癥到急性呼吸窘迫綜合征不等。雖然AP相關(guān)肺損傷的病理生理學(xué)機制目前仍不清楚，但這與胰蛋白酶和磷脂酶A2等胰酶的特異性作用有關(guān)，并且局部激活的白細(xì)胞也扮演了非常重要的角色[40]。Gea-Sorlí等[41]研究發(fā)現(xiàn)，在胰腺炎誘導(dǎo)后，肺泡巨噬細(xì)胞和間質(zhì)巨噬細(xì)胞表現(xiàn)出截然不同的激活譜和動力學(xué)特征，具體體現(xiàn)在肺泡巨噬細(xì)胞激活NF-κB，表達(dá)促炎遞質(zhì)TNF-α和IL-1β，而間質(zhì)巨噬細(xì)胞激活過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)，表達(dá)抗炎遞質(zhì)IL-10。這些差異性結(jié)果提示肺泡巨噬細(xì)胞促進早期炎癥反應(yīng)，而間質(zhì)巨噬細(xì)胞似乎在炎癥的解決過程中發(fā)揮重要作用。Sun等[42]發(fā)現(xiàn)，在胰腺炎早期階段肺巨噬細(xì)胞極化為M1型，特征是高表達(dá)干擾素調(diào)節(jié)因子5(IRF5)、TNF-α、iNOS和IL-12，低表達(dá)IL-10和Arg-1；而在體外使用特異性siRNA沉默IRF5的表達(dá)后，上述表達(dá)譜發(fā)生了轉(zhuǎn)變，極化的肺巨噬細(xì)胞逆轉(zhuǎn)為M2型。在體實驗表明，銀杏葉提取物通過降低肺泡巨噬細(xì)胞一氧化氮(NO)、TNF-α和MIF的表達(dá)水平，對AP相關(guān)肺損傷有保護作用[43]。可見，肺巨噬細(xì)胞介導(dǎo)了AP相關(guān)肺損傷，調(diào)節(jié)肺巨噬細(xì)胞表達(dá)譜或者肺泡巨噬細(xì)胞與間質(zhì)巨噬細(xì)胞的比例對減輕AP相關(guān)肺損傷具有重要意義。

總之，AP是涉及胰腺局部以及胰腺外多個器官系統(tǒng)的炎癥反應(yīng)，而巨噬細(xì)胞參與了炎癥的起始和消退。腹膜巨噬細(xì)胞、肝臟庫普弗細(xì)胞和肺巨噬細(xì)胞在AP的發(fā)展階段被激活，分泌炎癥遞質(zhì)，觸發(fā)炎癥級聯(lián)，最終導(dǎo)致全身性炎癥反應(yīng)，甚至是多器官功能障礙。所以，尚需進一步的研究來闡釋巨噬細(xì)胞在AP中的重要地位，同時為臨床治療策略的制定提供堅實的理論基礎(chǔ)。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突