巨噬細胞極化及其調控因素

夏偉暢，周敬群

(三峽大學第二臨床醫學院心血管內科，湖北 宜昌 443000)

·綜 述·

巨噬細胞極化及其調控因素

夏偉暢，周敬群

(三峽大學第二臨床醫學院心血管內科，湖北 宜昌 443000)

巨噬細胞是具有異質性的免疫細胞，在免疫應答、炎癥反應、維持內環境穩定中都發揮著極其重要的作用。在不同微環境下，巨噬細胞可發生表型和功能的極化現象從而呈現出不同的特征。目前認為，多種因素能夠調控巨噬細胞失衡的極化狀態，因此，本文就巨噬細胞分化起源及其調控因素的最新發現進行綜述。

巨噬細胞；極化；調控因素；起源

表型可變性和功能多樣性是吞噬細胞的重要特征。近年來的研究認為，巨噬細胞根據其輔助T細胞的不同可分為經典活化型(M1型)和選擇活化型(M2型)。M1型巨噬細胞以吞噬殺菌，釋放炎癥因子，發揮促炎作用為主。M2型巨噬細胞以降低炎癥反應，發揮組織修復功能為主。M1型和M2型巨噬細胞在特定的微環境下可以互相轉換[1]。在影響巨噬細胞極化過程中有許多關鍵的轉化因素，像信號傳導子和轉錄激活子(STATs)，干擾調節因子(IRFs)、核因子(NF-κB)、激活蛋白(AP1)、過氧化物酶體增殖物激活受體(PPAR-γ)還有反應元件結合蛋白(CREB)等，它們之間的相互作用可調控巨噬細胞的表型。

1 巨噬細胞的發現以及分型的提出

1905年Elie Metchnikoff首次發現巨噬細胞并確認了其消除病原體的作用，他在研究中發現來自感染動物的巨噬細胞具有更強的殺菌能力，從而提出了巨噬細胞激活的概念[2]。隨著60多年的不斷研究，巨噬細胞殺滅菌體的機制逐漸被闡明，但感染動物的巨噬細胞具有更強的殺菌能力的原因并未明確。后來，淋巴球產生的干擾素-γ(IFN-γ)被認為是巨噬細胞和淋巴細胞之間相互作用的首要因素[3]。它能把休眠的巨噬細胞轉換成具有很強的抗原呈遞能力和補體介導能力的吞噬細胞，使其像有毒介質一樣分泌更多的促炎因子。這種殺菌的巨噬細胞就是大家熟知的經典活化的巨噬細胞(M1)。在1989年，隨著輔助性T細胞(Th)的異質性這一研究結果的出現，Mosrnann等[4]提出了Th1和Th2的概念。一年后，Abramson等[5]發現主要由Th2細胞產生的白介素4(IL-4)可以將巨噬細胞轉化成一種不同于IFN-γ介導的特別活性狀態，與此同時主要組織相容性復合體Ⅱ(MHC-Ⅱ)表達提高。1922年隨著IL-4/IL-13激活巨噬細胞使其甘露醇受體的上調，加上MHC-Ⅱ的表達增強，選擇性的活化巨噬細胞(M2)被首次提出[6]。

2 影響巨噬細胞極化的轉錄因子和信號通路

Notch通路在巨噬細胞極化中控制基因的表達，從而調節免疫應答。骨髓衍生的巨噬細胞在LPS和TOLL樣受體的刺激下激活Notch1和NF-γB，從而使M1型巨噬細胞極化。在轉錄水平上，染色體免疫共沉淀測序顯示，NICD1綁定M1型巨噬細胞基因轉錄起始部位的Nos2、Tnf、IL-17rc等片段[7]。并且還顯示，NICD 1多聚集在M1型巨噬細胞近端啟動子Nos2和Tnf-α附近。在翻譯水平上，Notch信號結合TLR4通路是通過NF-γB誘導了轉錄因子IRF8(M1型巨噬細胞活化的一個重要因素)的翻譯[8]，如MBP(麥芽糖結合蛋白)[9]可以通過上調TLR2和TLR4從而使M1型巨噬細胞活化。以上這些研究證明通過NICD1反式激活M1型基因從而導致Notch1激活的效應，很可能是Notch1-依賴的M1極化的一個分子機制[10]。也有學者認為，NICD是通過與特定序列DNA結合因子RBP-J結合從而形成一個復雜的目的基因轉錄激活。近期有研究進一步發現RBP-J介導的Notch信號是通過SOCS3來調節巨噬細胞M1、M2型極化[11]。此外，IRF5與M1型巨噬細胞極化相關，可以在動脈粥樣硬化中被炎癥刺激[12]，如iNOS來源的NO介導IRF5蛋白的酪氨酸殘基的硝化，導致IRF5靶向M1巨噬細胞信號基因活化被抑制[13]。

JAK-STAT信號通路是近年來被發現的一條由細胞因子刺激介導的信號轉導通路，參與了包括細胞的增殖、分化、凋亡以及免疫調節等在內的多種重要生物學過程，與巨噬細胞的表型活性也密切相關[14]。IFN (干擾素)是一種強大內生巨噬細胞活性的因子并通過JAK-STAT信號通路發揮作用。IFN可以分為IFN-α、IFN-β、IFN-γ三種亞型。IFN-γ可以誘導M1型巨噬細胞極化。IFN-α/β在一定條件下可以增強抗炎作用，如C1q可以誘導IFN-α/β從而抑制巨噬細胞炎癥反應[15]，但介導的信號通路在巨噬細胞極化中的作用還不是很清楚。這說明IFN-α/β和IFN-γ在巨噬細胞極化中介導的STAT1活性的角色是完全不同的[16]。此外，SOCS蛋白作為一種細胞因子抑制劑，可以反饋性的抑制JAK-STAT信號通路[17]。Shiri等[18]發現姜黃素(從植物姜黃提取的脂溶性化合物)能夠通過上調STAT4和IL-12來提高M1型巨噬細胞的表達。與此同時IL-12也可以上調STAT受體，這又可以促使不同的M0型巨噬細胞向M1型轉化。在乳腺組織和脾臟中姜黃素則通過下調STAT3、IL-10和精氨酸Ⅰ反過來抑制JAK-STAT信號通路從而增強細胞凋亡。

PI3K通路在巨噬細胞生存中發揮著必不可少的作用[19-20]。早期的研究表明AKt1基本上是由PI3K激活，不同的AKt激酶對巨噬細胞極化產生不同的作用，AKt1消融導致M1型巨噬細胞極化，AKt2消融導致M2型巨噬細胞極化[20-21]，這與過表達的miR-155調節炎癥因子密切相關。近年來也發現，在動脈粥樣斑塊中，巨噬細胞源性的miR-342-5p通過miR-155的上調誘導促炎介質NOS2和Ⅱ6來抑制AKt1酶的活性，從而促進動脈粥樣硬化增強巨噬細胞的炎癥刺激[22]。Erasalo等[23]也證實，PI3K的抑制劑可用于減弱炎癥反應，其作用機制是下調炎性因子，如IL-6、MCP-1、腫瘤壞死因子α和iNOS的表達。他們還在體內體外實驗中發現[24]，選擇性抑制PI3K/AKt/mTOR信號通路后，巨噬細胞分泌的IL-10明顯降低。

3 部分激素和細胞器對巨噬細胞極化的作用

許多研究發現各種轉化巨噬細胞表型的方法如基因重塑、體外輸血，但是這些方法不太適用于臨床。1,25(OH)2D3是一種由多種生理作用的內激素，它的活性是由維生素D受體基因(VDR)介導的，它還有多種超越無機代謝的生理和病理功能，包括腎和心血管功能的調節[25]。另外，還發現單獨的維生素D對巨噬細胞極化不起作用。有研究表明，在高糖情況下，1,25(OH)2D3干預后，細胞中與M1型相關的TNF-α、IL-12、iNOS降低，與M2型相關的MR、Arg-1含量增加[26]。然而當VDR和PPARγ的表達被VDRsiRNA和PPARγ拮抗劑抑制時，1,25(OH)2D3則無法發揮上述作用。此外研究還發現，當VDR表達被抑制時，PPARγ作用也被抑制。這些研究表明，活性維生素D通過VDR-PPARγ通路促進M1型巨噬細胞向M2型極化。這些結果也與另一些研究報道相符[27]，巨噬細胞特異的PPAR-γ是調節M2型巨噬細胞活性的一個特殊因素。另外，有實驗表明在糖尿病腎病中，維生素D不僅降低了巨噬細胞浸潤而且抑制了M1巨噬細胞活化，同時也增強巨噬細胞的M2型活化，阻止了足細胞損傷[28]。

線粒體的生物合成在巨噬細胞極化中也起著重要的作用[29]。Zaza等[30]發現在慢性腎病小鼠模型中，PGC-1、NRF1和TAMF的表達降低，線粒體合成被抑制。PGC-1是線粒體合成的主要調節劑，可以通過其乙酰化作用抑制線粒體活性。線粒體合成減少使巨噬細胞更可能向M1型極化，從而對炎癥更加敏感。但慢性腎病中損壞的巨噬細胞極化和被抑制的線粒體合成的機制尚不明確，一些研究可以證明AMPK (AMP依賴的蛋白激酶)在這個過程中起重要作用。他們發現，在慢性腎病小鼠的巨噬細胞中AMPK的活性處于很低水平，增加AMPK活性可以導致線粒體的合成和巨噬細胞M2型的極化，M1型被抑制[31]。還有一些研究則認為，AMPK不管在體內還是體外，均有抗炎作用[32-33]。

4 結語

直到目前為止，巨噬細胞功能極化具有可塑性的內在機制尚不明確，但其極化與信號通路、轉錄因子等確實有密切的聯系。在了解巨噬細胞極化的調控因素的基礎上研究其分化的條件對臨床有很大的指導作用。因此，未來我們還需投入更多的努力到對巨噬細胞功能極化的調控機制研究中。

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