巨噬細胞在抗結核感染中的作用

王雅 李傳友 王偉 唐神結

結核分枝桿菌(Mycobacteriumtuberculosis，MTB)是引起結核病的主要病原菌，可造成全身各器官感染，其中以肺結核最為常見。巨噬細胞是一種免疫細胞，可參與機體的天然免疫和獲得性免疫。巨噬細胞具有強大吞噬能力，是重要的免疫效應細胞，其可發揮免疫自穩作用，是機體抵御MTB入侵的第一道防線。巨噬細胞既可以吞噬和殺傷MTB，也可以作為抗原提呈細胞啟動獲得性免疫應答。CD8+T、CD4+T細胞和自然殺傷細胞(NK細胞)分泌的腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和γ干擾素(IFN-γ)等細胞因子可活化巨噬細胞[1]。活化后的巨噬細胞可以通過多種機制消滅MTB，包括自噬、凋亡，以及炎性小體和活性氧中間體(reactive oxygen intermediates，ROI)、活性氮中間體(reactive nitrogen intermediates，RNI)產生等。基于此，筆者綜述了其在抗結核免疫應答中的主要研究進展。

一、巨噬細胞的極化

巨噬細胞極化同MTB感染及結核病發病進程密切相關。巨噬細胞經不同的誘導因素刺激可分化為不同表型，并發揮不同的功能，這一現象被稱作極化。近年來，不同的巨噬細胞表型已被證實，根據激活后的活化狀態和發揮功能不同，可分為兩類：經典激活巨噬細胞(M1型)和選擇性激活巨噬細胞(M2型)[2]。經典激活途徑受抗原特異性T細胞分泌的IFN-γ所調控，M1型吞噬細菌后，可通過誘導生成NO、炎性介質等途徑有效地清除病原體，主要負責參與宿主抗胞內細菌感染的防御機制。M2型的激活則更主要受輔助性T細胞2(Th2)分泌的白細胞介素(IL)-4、IL-13等細胞因子調控，具有更強的吞噬能力，可參與抑制炎癥反應，介導病原體和腫瘤細胞的免疫逃逸，誘發持續感染[3-4]。巨噬細胞是結核性肉芽腫中最豐富的細胞類型，Marino等[5]研究發現，結核性肉芽腫中巨噬細胞極化的類型同肉芽腫的結局密切相關，巨噬細胞分化途徑的不同是肉芽腫內病原菌是否播散的原因之一。這一結論同M1型和M2型巨噬細胞在肉芽腫的空間分布特征相一致。在結核性肉芽腫中，M1型的位置更靠近中心壞死區域，而M2型更靠近外周部分[6]。

二、巨噬細胞識別吞噬MTB

機體感染MTB后，巨噬細胞首先通過細胞表面的模式識別受體(pattern recognition receptor，PRR)識別MTB的相關模式分子并吞噬病原體。多種模式識別受體參與了巨噬細胞對MTB的識別，其中包括Toll樣受體(Toll-like receptor，TLR)、NOD樣受體(NOD-like receptor，NLR)、C型凝集素受體(C-type lectin receptor，CLR)等[7]。

TLR識別髓樣分化因子(myeloid differentiation factor 88，MyD88)在啟動MTB感染的免疫應答方面發揮了重要作用[8]。在隨后的信號級聯反應中招募多種蛋白激酶，激活多種信號轉導通路，導致轉錄因子，如核轉錄因子-κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)的核轉運[9]。進一步激活天然宿主防御基因的轉錄，促進炎性細胞因子的分泌，如TNF-α、IL-1β、IL-12及NO等[10]。

NLR受到外源性刺激后可激活NF-κB或絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)信號通路[11]，誘導細胞因子、趨化因子等多種物質的表達。NLR也可激活MAPK信號通路中的p38、細胞外信號調節蛋白激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)和c-jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)信號，引起促炎因子和抗菌肽的釋放[12]，同時與NF-κB信號通路相互影響和作用發揮生物學功能。

CLR主要識別MTB細胞表面的糖基化配體來調控吞噬作用，如甘露糖、海藻糖、葡聚糖等[13]。甘露糖受體(mannose receptor，MR；cD206)在肺泡巨噬細胞中高度表達。脂阿拉伯甘露糖(lipoarabinomannan，LAM)和磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol mannoside，PIM)是MTB上可被肺泡巨噬細胞MR識別的天然配體[7]。MTB與MR結合可刺激IL-4和IL-13的產生，同時抑制IL-12的產生，且參與損傷氧化反應[14]。宿主的巨噬細胞對MTB的識別作用是復雜的，盡管已經做了廣泛的研究，但仍未完全闡明其作用機制。

三、巨噬細胞殺滅MTB的作用機制

(一)自噬

自噬是一種重要的免疫防御機制，可參與抵抗多種細胞內病原微生物的感染。Castillo等[15]研究發現，自噬在抗結核感染中起著雙重作用，它不僅抑制細菌的增長，還能阻止過度炎癥反應的發生。巨噬細胞表面的TLR與MTB表面的配體結合誘導自噬的過程涉及MyD88依賴途徑和β干擾素TIR結構域銜接蛋白(TIR-domain containing adaptor protein inducing IFN-β,TRIF)通路[16]。由此表明，自噬是一個先天性免疫應答過程。然而，獲得性免疫應答的介質，如IFN-γ也在調節自噬反應中發揮了重要的作用。2004年，Gutierrez等[17]首次報道在饑餓狀態下或利用雷帕霉素和IFN-γ可有效誘導感染了MTB的巨噬細胞發生自噬。IFN-γ通過活化NF-κB及磷酸化信號傳導與轉錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT-3)介導自噬過程的發生，增強機體的殺菌能力[18]；而雷帕霉素可通過誘導自噬，使得巨噬細胞的抗原提呈能力明顯增強。我國學者研究發現，生理濃度的1,25(OH)2D3可誘導MTB感染的巨噬細胞產生自噬作用，清除胞內的MTB[19]。由此可見，采用細胞因子或者藥物誘導自噬過程的發生，進一步清除病原菌，可能成為結核病治療和預防領域的一個新的、可行的方法。

(二)凋亡

細胞凋亡是維持組織發展和穩定的一種重要方式，可以最大程度地降低炎癥反應和對周邊細胞的傷害。一旦巨噬細胞感染了MTB，通過體內信號轉導通路的激活可啟動凋亡過程的發生，產生和釋放TNF-β、IL-10等抗炎介質[20]。感染早期的巨噬細胞凋亡是機體自我防御的表現，可參與清除部分寄生的MTB，降低MTB體內播散速度。酪氨酸激酶和(或)轉錄因子(janus kinase/signal transducer and activator of transcription，JKA/STAT)信號通路在巨噬細胞凋亡過程中發揮著重要的作用，酪氨酸蛋白激酶(protein tyrosine kinase，PTK)的激活使JAK2/STAT1磷酸化，進一步促進多種促凋亡基因的表達，包括TNF-α、半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白水解酶1(cysteinyl aspartate specific protease-1, caspase-1)、CD95和NO合酶等，這些基因的表達可調節巨噬細胞的抗結核免疫應答，以及促進凋亡的發生[21]。Chen 等[22]最近研究發現，Wnt基因通過促進細胞凋亡及促炎因子的表達參與抗結核感染。通過動物感染模型發現，當Wnt5a信號匱乏時，MTB可導致小鼠肺組織中的促炎細胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-12、IL-6)大量增加，同時促進巨噬細胞凋亡。此外，感染后，前列腺凋亡反應蛋白4(prostate apoptosis response-4，Par-4)可與葡萄糖調節蛋白78(glucose regulated protein 78ku，GRP78)形成復合物，進而激活caspase-1、NF-κB等誘導巨噬細胞凋亡過程的發生，并且可進一步誘導細胞因子、趨化因子等多種物質的表達[23]。Assis等[24]發現前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)可調控MTB感染后的巨噬細胞的凋亡或壞死。基于此，作者認為，嘗試用細胞因子、激素或藥物去調控巨噬細胞凋亡過程將會是一種很有前景的免疫治療方法。感染MTB后的巨噬細胞可通過凋亡途徑降低體內細菌載量及傳播。因此，揭示巨噬細胞的凋亡機制對抗結核感染的作用是指導臨床治療、預防和控制結核病疫情蔓延的關鍵。

(三)炎性小體

炎性小體也稱炎癥小體，是由胞漿內PRR參與組裝的多蛋白復合物，是天然免疫系統的重要組成部分。炎癥小體能夠識別結核病原相關分子模式(pathogen-associated molecular patterns，PAMP)，招募和激活caspase-1，發揮抗結核感染的作用。活化的caspase-1進一步切割IL-1β和IL-18 的前體，產生相應的成熟細胞因子。這些細胞因子與宿主免疫防御和病原體清除有關，在天然免疫中發揮重要作用[25]。此外，炎癥小體還能調節caspase-1依賴的形式編程性細胞死亡，誘導細胞在炎性和應激的病理條件下死亡。多種炎癥小體參與了針對病原體的宿主防御反應。其中，NLR家族中的NOD樣受體蛋白3(NOD-like receptor protein 3，NLRP3)炎癥小體最具特征性，由于能被多種類型的病原體或危險信號所激活，NLRP3炎癥小體在機體免疫反應和疾病發生過程中都發揮了關鍵作用[26]。結核感染時，通過NOD2識別MTB，激活轉錄因子 NF-κB，誘導巨噬細胞內NLRP3炎癥小體的形成，促進炎癥因子IL-1β 和 IL-18 的釋放[27-28]。而IL-1β和IL-18在保護機體抵抗結核感染中可進一步發揮積極作用。

(四)ROI和RNI

ROI和RNI在巨噬細胞抗結核感染過程中發揮直接殺菌的作用。ROI來源于活化的巨噬細胞或吞噬細胞，主要在吞噬細胞氧化酶又稱煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADPH)氧化酶的作用下產生，在宿主體內積累的ROI主要包括超氧陰離子(O2·-)、過氧化氫(H2O2)和羥基自由基(OH·)，這些ROI進一步發揮抵抗病原體入侵的作用[29]。RNI包括一氧化氮自由基及其通過多種復雜反應而生成的產物，生物體內的RNI與催化NO產生的NO合成酶(nitric oxide synthase，NOS)有直接關系。與抗結核感染有關的誘導型NOS通常存在于吞噬細胞中，可以被細胞因子如IFN、IL、TNF和病原體(細菌、病毒、寄生蟲)及免疫刺激物(脂多糖)等激活，激活后的誘導型NO合成酶(iNOS)能夠催化L-精氨酸產生NO，并通過多種復雜反應產生不同類型的RNI，起到防御病原體的作用[30-31]。

四、總結與展望

機體感染MTB后，巨噬細胞作為第一道防線在抗結核感染的過程中起著十分關鍵的作用，巨噬細胞通過吞噬MTB后，既可激活天然免疫信號通路參與殺傷病原菌，又可通過加工提呈抗原啟動獲得性免疫。MTB在一定條件下會發生免疫逃逸，避免被殺傷而滯留在巨噬細胞內。巨噬細胞與MTB的相互作用機制十分復雜，直接影響著結核病的發生、發展、預后及轉歸。近年來，關于結核病免疫治療的研究有增多的趨勢，進一步研究巨噬細胞在抗結核感染中的防御機制及同MTB之間的復雜關系，有助于新型抗結核免疫制劑的研發，為結核病的預防和治療奠定重要理論基礎。

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