巨噬細胞表型與腎損傷修復的研究進展

耿燕秋 綜述 張 利，陳香美 審校

巨噬細胞表型與腎損傷修復的研究進展

耿燕秋1,2綜述 張 利1，陳香美1審校

巨噬細胞；活化；腎臟；損傷

單核巨噬細胞系統在免疫介導的腎病和宿主防御中發揮著重要作用，它與組織損傷的誘導、纖維化及損傷后修復密切相關，并決定著免疫反應的結局，表明巨噬細胞具有異質性。為此筆者對近年來關于腎損傷后的免疫反應及不同表型巨噬細胞在腎損傷和修復過程中發揮的作用研究。

1 巨噬細胞起源和異質性

巨噬細胞是機體內重要的吞噬和抗原提呈細胞，也是造血系統中最古老的細胞類型，哺乳動物的巨噬細胞與數百萬年前的馬蹄形蟹循環中的變形蟲狀細胞十分相似。骨髓干細胞在多集落刺激因子、粒細胞巨噬細胞集落刺激因子等的刺激下發育成為單核母細胞，并進一步分化成為前單核細胞，釋放入血后成為成熟的單核細胞。單核細胞在趨化因子和細胞黏附分子等的作用下穿過血管內皮，遷移到不同組織，就分化成為組織特異性的巨噬細胞。

巨噬細胞具有異質性，在組織穩態、炎性反應、損傷修復及腫瘤等微環境中發揮著不同的功能。巨噬細胞可極化為兩種表型：經典活化的M1型巨噬細胞和選擇性活化的M2型巨噬細胞[1]。M1型巨噬細胞在革蘭陰性桿菌細胞壁主要成分脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)、TH1型細胞因子干擾素-γ(interferon-γ，IFN-γ)的誘導下生成，可分泌腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)、白細胞介素-1 (interleukin-1， IL-1)、白細胞介素-6(interleukin-6, IL-6)、白細胞介素-12(interleukin-12, IL-12)等炎性因子、巨噬細胞趨化蛋白-1(monocyte chemotactic protein-1，MCP-1)，CC亞族趨化因子(CCL2，CCL3，CCL4，CCL20/MIP-3a)，以及活性氧(reactive oxygen species, ROS)和一氧化氮(nitric oxide, NO)等細胞因子，導致炎性和免疫損傷。常見的M1型巨噬細胞的表面標志有CD86、主要組織相容性復合體Ⅱ(major histocompatibility complex Ⅱ, MHCⅡ)和白細胞介素-1受體(interleukin-1 receptor，IL-1R)等[2]。TH2型細胞因子白細胞介素-4(interleukin-4, IL-4)刺激巨噬細胞后的系列反應使人們認識到巨噬細胞M2表型的存在。現已明確，巨噬細胞可以在IL-4、IL-13、免疫復合物和IL-10的作用下向M2型極化，分泌轉化生長因子-β (transforming growth factor-β, TGF-β)、胰島素樣生長因子(insulin-like growth factors, IGF)和白細胞介素-10(interleukin-10, IL-10)等因子，降低炎性反應，促進組織修復。M2型巨噬細胞具有更強的吞噬功能，可通過精氨酸酶通路產生大量鳥氨酸和多胺,并具有免疫調節的作用[3]。M2型巨噬細胞參與TH2型反應，協助清除壞死組織、抑制炎性反應、促進組織重構和影響腫瘤的發生發展。常見的M2型巨噬細胞的表面標志有: CD206、CD209和CD301等[4]。

2 巨噬細胞決定組織損傷和修復的結局

巨噬細胞在組織修復和重建中是發揮有益還是有害的作用，取決于局部微環境炎性狀態所控制的巨噬細胞表型，并由其決定著損傷的進展和結局。

在損傷的早期，組織浸潤的巨噬細胞以M1型為主，此時清除巨噬細胞使損傷減輕。如在實驗性急性腎損傷中，使用抗巨噬細胞血清或氯屈膦酸二鈉脂質體非選擇性地清除巨噬細胞，腎臟的炎性反應和纖維化進程也隨之中止[5]。使用亞致死量的照射完全清除巨噬細胞后，損傷腎臟的巨噬細胞浸潤減少，纖維化的程度也隨之減輕。

與之相對應的是，M2型巨噬細胞作用于組織損傷的修復階段，此時清除巨噬細胞可使損傷加重，如白喉毒素轉基因表達的方法選擇性清除巨噬細胞，驗證了瘢痕相關巨噬細胞在肝臟損傷后的痊愈反應中發揮著重要作用[6]。實驗性肝臟纖維化的痊愈反應離不開巨噬細胞，巨噬細胞參與調節星狀細胞的增殖[7]。它可通過刺激肌源性前體細胞釋放營養因子促進損傷肌肉的再生，Arnold等[8]使用體內示蹤技術，證明巨噬細胞最初募集到骨骼肌，并在微環境的作用下轉化為具有抗炎作用的M2表型。M2型巨噬細胞及其分泌的具有營養作用的因子可以作用于多種器官損傷的重建和細胞恢復過程[9]。在血吸蟲屬感染中，M2巨噬細胞通過下調Th1反應進而減弱器官損害[10]。M2偏移效應已在Src同源2-含肌醇-5′-磷酸酶-基因敲除的小鼠(SHIP-null) 研究中使用[11]。SHIP對內毒素耐受是必要的；它緩沖LPS誘導的骨髓來源的巨噬細胞的M1活化。SHIP基因敲除小鼠來源的巨噬細胞表現高表達精氨酸酶1水平的M2表型，并在分化時需要TGF-β的環境。

3 巨噬細胞與腎損傷后的免疫反應

免疫介導的腎臟病的進展包括局部浸潤的T細胞、樹突狀細胞和巨噬細胞間的相互作用，這也是腎小球疾病的重要免疫發病機制。T細胞的活化依賴存在于次要淋巴器官的樹突狀細胞和腎臟固有的樹突狀細胞[12]。同種異體腎移植排斥反應是T細胞依賴的過程，通過細胞毒的機制并通過T細胞活化和巨噬細胞的效應器功能導致移植物損傷[13]。Tipping和Holdsworth[14]證實CD4+Th1細胞和巨噬細胞在實驗性腎小球腎炎新月體形成的遲發型超敏反應機制中發揮重要作用。T細胞應答能夠啟動超敏免疫反應，并刺激巨噬細胞產生促炎的損傷介質。在之后的損傷中，巨噬細胞是導致纖維化進展和瘢痕形成的主體。

巨噬細胞促進腎臟的纖維化，幾乎所有的腎小球和間質小管疾病均以巨噬細胞的浸潤為特征。巨噬細胞的浸潤在人類慢性腎臟病中很常見，其程度與腎損傷的嚴重程度具有相關性。以往認為，巨噬細胞在腎臟發揮調節免疫反應和(或)處理殘骸和凋亡細胞的作用，是腎臟損傷的必然結果。目前，越來越多的研究發現，隨著損傷時間的延長，巨噬細胞還可促進多種與損傷修復相關的生長因子的生成。

TGF-β家族是目前研究最廣泛的與腎臟纖維化相關的巨噬細胞來源的因子。巨噬細胞、腎小管上皮細胞和肌纖維母細胞都能在腎臟纖維化損害的不同時期合成TGF-β[15]。去除巨噬細胞可以顯著減弱纖維化，提示巨噬細胞是TGF-β生成的主體。一旦活化，TGF-β信號通過跨膜受體激活調節包括那些編碼膠原的重要的靶基因轉錄的Smad蛋白。在腎臟，巨噬細胞衍生的TGF-β可以通過旁分泌活化并產生肌纖維母細胞和加速小管上皮細胞轉分化為肌纖維母細胞，從而加速纖維化的發生[16]。TGF-β誘導ECM在下游的積聚，通常被認為是有害的。但是，巨噬細胞自身可以合成和分泌膠原。TGF-β還可以滅活巨噬細胞，并誘導組織穩定過程，抗炎巨噬細胞表型以產生Ⅵ型膠原為特征[17]。

4 巨噬細胞在腎損傷及修復中的雙重作用

嚙齒類動物的研究提示巨噬細胞具有效應器的功能，并已在IgA腎病和狼瘡性腎炎等疾病中得到證實。巨噬細胞決定著腎臟病的進展。在抗腎小球基底膜病和嘌呤霉素腎炎及Heymann腎炎中，使用放射、巨噬細胞血清、脂質體包裹等延誤或阻斷巨噬細胞趨化因子受體的方法耗竭巨噬細胞，可以減輕蛋白尿和腎臟組織損傷。在抗-腎小球基底膜抗體腎炎中，過繼轉移巨噬細胞可誘導蛋白尿和腎小球系膜細胞增殖[18]。在阿霉素腎病模型中，給予LPS活化的巨噬細胞可以加重腎臟損傷[19]。在腎小球腎炎[20]、同種異體腎移植[21]和間質纖維化等[22]腎臟疾病模型的研究中，運用調節巨噬細胞表型和功能的方法減輕腎臟損傷已相繼被報道。巨噬細胞在腎臟炎性反應的損傷和修復階段發揮不同的作用。Lee等[23]驗證了預處理的單核細胞/巨噬細胞對腎臟缺血再灌注病程的改變。在功能缺失研究中，損傷開始時清除巨噬細胞具有保護作用，在修復階段清除巨噬細胞使損傷加重。在功能獲得研究中，將募集到損傷腎臟的巨噬細胞進行預處理，過繼轉移INF-γ處理的巨噬細胞表現為M1型并使損傷加重，過繼轉移損傷修復表型的巨噬細胞則具有保護作用。早期損傷的腎臟可發現典型的M1巨噬細胞表面標志物諸如一氧化氮合酶2，修復階段可發現典型的M2巨噬細胞表面標志物如甘露糖受體表達。示蹤M1預處理的巨噬細胞過繼轉移的經過，可發現隨時間活化的M2表面標志物甘露糖受體和精氨酸酶的表型轉化。M2預處理的巨噬細胞在體內和體外具有刺激腎小管上皮細胞增殖的能力。因此，在缺血損傷的腎臟修復時，巨噬細胞具有包括刺激腎小管上皮細胞增殖的再生功能。這與以往在缺血再灌注損傷的修復階段去除巨噬細胞或單核細胞來源的樹突狀細胞，將產生有害的結果的研究結果一致[24]。

5 M2型巨噬細胞對腎的保護機制

M2型巨噬細胞發揮腎臟保護作用潛在機制包括：活化巨噬細胞、CD4+T細胞和CD8+T 細胞的效應。M2巨噬細胞還可以抑制經典活化的M1巨噬細胞，表現為減少促炎因子和iNOS的產生[25]。巨噬細胞介導的保護作用還包括吞噬受損細胞和細胞廢墟。證明M2巨噬細胞保護免疫缺陷的阿霉素腎病鼠的損傷研究提示巨噬細胞發揮作用是獨立于淋巴細胞的[26]。

Wilson等[27]使用過繼轉移的方法，將體外預處理的M2型巨噬細胞注射到慢性炎性腎臟疾病的小鼠體內，可以減輕腎臟損傷和促進修復。脾臟的巨噬細胞被IL-4/IL-13刺激后，在疾病起始階段注射到動物體內，發現可以使宿主浸潤的巨噬細胞下調炎性細胞因子和趨化因子的表達[27]。因此，移植的巨噬細胞的保護作用與宿主的巨噬細胞極化為M2表型相關，也支持了腎小球腎炎模型的相關研究[28]。在大鼠中毒性腎炎模型中，巨噬細胞的轉換使用NF-κB抑制劑導致腎小球iNOS和MHC Ⅱ表達的減少[28]。雖然注射的抗炎巨噬細胞僅占腎小球巨噬細胞的15%，他們仍可顯著減少宿主巨噬細胞在腎小球的浸潤和活化，使腎臟損傷減輕[27]。

M2型巨噬細胞產生抗炎細胞因子，抑制效應淋巴細胞的功能和增殖。體外研究證實M2型巨噬細胞可以抑制CD4+的T細胞的增殖[25]，且這一抑制作用可以被抗IL-10，TGF-β或共刺激分子B7-H4的中和抗體部分阻斷。在體內和體外，M2型巨噬細胞將CD4+CD25-的T細胞轉化為Foxp3+的T細胞。通過高水平的表達B7-H4，M2型巨噬細胞將幼稚的T細胞轉化為調節性T細胞，并抑制CD8+T細胞介導的對小管細胞的毒性作用。M2則以大量分泌IL-10為特點。Jung 等[28]在缺血再灌注所致的大鼠急性腎損傷中，給予過表達IL-10的骨髓來源的單核巨噬細胞，使急性腎損傷得到改善。

巨噬細胞是腎損傷與修復中的關鍵免疫細胞。巨噬細胞的表型具有可塑性，在不同的微環境作用下，它能夠極化為誘導組織損傷或促進損傷修復的兩種截然不同的功能狀態。越來越多的研究表明，以巨噬細胞及其功能為靶點的治療對不同類型的腎臟疾病均具有改善作用。隨著細胞治療時代的到來，通過輸入預處理的單核巨噬細胞來干預機體損傷及炎性反應將成為可能，涉及轉運巨噬細胞因子IL-10到腎臟或激活巨噬細胞Wnt信號通路也或許可以成為治療腎臟疾病的潛在手段。

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(2013-09-11收稿 2014-02-19修回)

(責任編輯 郭 青)

本刊“臨床病例討論”欄目征稿通知

為了貫徹“面向部隊，服務基層”的辦刊宗旨，加強不同層次醫療機構臨床實踐交流，幫助基層醫師學習和了解先進教學醫院和知名專家對疾病的臨床診治思路,提高基層衛生機構的臨床業務水平。本刊于2012年開辟“臨床病例討論”欄目，報道武警部隊各級醫院及重點學科臨床工作中遇到的疑難和典型病例，以及基層衛生隊經過多學科專家遠程會診得以成功治療的典型病例。會診專家需署名(如無外請專家，也可署本院科主任名)，格式如：張某某醫師(肝膽科)。具體行文格式參考本欄目已發表的論文格式。全文字數3800或6500左右。 來稿請在右上角標注“臨床病例討論”。本欄目所錄稿件為原創性臨床研究論文，歡迎廣大臨床醫師踴躍投稿！

武警醫學編輯部

2014年1月

國家重點基礎研究發展973計劃(2011CB964904, 2011CB944000), 國家自然科學基金(81170643)，軍隊“十二五”課題(BWS11J027)

耿燕秋，博士,主治醫師，E-mail: 13511005258@163.com

1. 100853北京，解放軍總醫院解放軍醫學院；腎臟疾病國家重點實驗室；2.100039北京，武警總醫院腎內科

陳香美，E-mail: xmchen301@126.com

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