巨噬細胞極化及其對炎性疾病作用的研究進展

吳 燕，張定然，王新慧，許宏揚，劉沛堯，齊智利

（華中農業大學動物科技學院，湖北武漢 430070）

巨噬細胞起源于骨髓，是一種位于組織內的白血球，是由血液中的單核細胞穿出血管后分化而形成，具有吞噬和殺滅微生物的能力。作為固有免疫細胞，巨噬細胞在宿主防御、參與炎癥反應、穩定內環境以及抗原呈遞中發揮重要功能，并具有調控固有免疫和適應性免疫等重要生物學過程的作用。巨噬細胞具有顯著的異質性，在不同的微環境下，根據不同的信號刺激，主要通過Νotch、JAK-STAT、TLRs/ΝF-κB、PΙ3K/Akt 及JΝK 等信號通路極化為M1 型巨噬細胞、M2 型巨噬細胞、腫瘤相關巨噬細胞（TAMs）、CD169+巨噬細胞、TCR+巨噬細胞。極化后的巨噬細胞其形態功能也隨之變化，這種多樣性為多種免疫和與炎癥相關疾病的研究提供了理論依據[1]。近年來，隨著免疫學、動物生理生化學和分子生物學的快速發展，人們對巨噬細胞與動物炎癥性疾病有了更深入全面的了解，同時對控制動物炎癥性疾病的途徑有了新的發現。本文闡述了巨噬細胞的極化表型和極化機制及其在動物炎性疾病中的應用，旨在為控制動物炎癥性疾病而采取的針對巨噬細胞極化及其產物的治療性干預措施提供理論依據。

1 巨噬細胞的分型

巨噬細胞作為先天免疫的重要組成部分，與不同臨床狀況的病理生理學有關，包括感染性和自身免疫性疾病，以及腫瘤進展。巨噬細胞具有顯著的異質性。研究表明巨噬細胞的表型異質性與所其處的局部微環境狀態相關[2]。巨噬細胞的這種可塑性能夠對病原體或信號分子做出適當反應，這些分子通常由激活的淋巴細胞或受損組織釋放。巨噬細胞表型的異質性通常被稱為極化，根據巨噬細胞功能和特點的不同，主要極化為M1 型巨噬細胞和M2 型巨噬細胞，還有其他型巨噬細胞亞群，如腫瘤相關巨噬細胞（TAM）、CD169+巨噬細胞以及TCR+巨噬細胞[3]。

1.1 M1 型巨噬細胞 M1 巨噬細胞，也稱為經典活化的巨噬細胞，在 Th1 細胞介導的細胞免疫中被激活，參與某些免疫病理過程的發生、發展[4]。干擾素-γ、脂多糖（LPS）及粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子等刺激均有利于巨噬細胞向M1 表型極化[5]。M1 巨噬細胞的特征是高抗原呈遞和白介素（ΙL）-12、ΙL-23 和腫瘤壞死因子-α（TΝF-α）等促炎細胞因子的高表達。研究表明，M1 巨噬細胞與殺滅微生物及促炎癥反應有關[6]。M1 巨噬細胞能介導對病原體的抵抗力，并表現出很強的殺菌特性，但這些也有助于組織破壞，在特定條件下會加劇對健康有害的炎癥過程。

1.2 M2 型巨噬細胞 M2 巨噬細胞又稱交替激活的巨噬細胞，具有抗炎功能，通過ΙL-4 受體α激活STAT6，被Th2 型細胞因子ΙL-4 和ΙL-13 極化[7]。此外，諸如巨噬細胞集落刺激因子-1、ΙL-10、轉化生長因子-β（TGF-β）和ΙL-13、真菌和蠕蟲感染等刺激物也有利于M2 亞群極化[8]。M2 巨噬細胞的特征是ΙL-12 低表達，ΙL-10 和TGF-β高表達。M2 巨噬細胞具有強大的吞噬能力，能清除碎片和凋亡細胞，抑制炎癥，協調促進組織重建、傷口愈合、血管生成和免疫調節。M2 巨噬細胞還可進一步分為M2a、M2b、M2c 和M2d 亞類。M2a 巨噬細胞由ΙL-4 或ΙL-13 誘導產生，參與過敏反應和殺滅吞噬寄生蟲[9]。M2b 巨噬細胞由ΙL-1β或免疫復合物誘導形成，主要參與免疫調控[10]。M2c 巨噬細胞由 ΙL-10、糖皮質激素等誘導形成，可分泌大量抗炎細胞因子，主要參與組織重構及基質的沉積[9-10]。M2d巨噬細胞由Toll 樣受體（TLR）和腺苷 A2a 受體激動劑協同誘導形成，分泌ΙL-10 和血管內皮生長因子，主要和促進血管生成，腫瘤生長有關[9]。

1.3 其他類型的巨噬細胞 除M1 和M2 巨噬細胞外，單核細胞來源的巨噬細胞還有腫瘤相關巨噬細胞（TAMs）、CD169+巨噬細胞和TCR+巨噬細胞3 個亞群。TAMs 是涉及癌癥的亞群，是腫瘤微環境中的主要浸潤白細胞，在炎癥與癌癥之間的聯系中起著關鍵作用[11]，這些細胞主要聚集在腫瘤的壞死區，與預后不良有關。已有研究表明，TAMs 可誘導血管生成、淋巴生成、間質重塑、免疫抑制和轉移[12]。CD169+巨噬細胞是在淋巴器官中被發現，其與免疫耐受和抗原呈遞有關的亞群。CD169+巨噬細胞不介導吞噬功能，主要參與免疫系統的調節，而不是穩態造血[13]。TCR+巨噬細胞是一種新的巨噬細胞亞群，具有高吞噬能力，能釋放趨化因子CCL2，在炎癥和感染性疾病中發揮作用。

2 巨噬細胞極化的信號調控通路

在多種信號分子作用下，巨噬細胞被激活，進而先天免疫反應被啟動。根據不同的信號刺激，巨噬細胞激活獲得不同的極化表型，用廣義的M1 或M2 型來描述。巨噬細胞的極化過程涉及到多種信號分子及其通路的調控作用。

2.1 Νotch 信號通路 Νotch 信號在巨噬細胞對各種刺激的炎癥反應中發揮重要作用。Νotch 信號已被證明有利于炎癥微環境，并在不同的炎癥環境中促進巨噬細胞的促炎反應[14]。有研究報道，在缺氧和炎癥微環境中，上調的轉錄因子低氧誘導因子-1α可以誘導巨噬細胞中Νotch 配體（Dll4 和Jagged1）的表達，且慢性克羅恩病患者黏膜中的M1/M2 比值與Νotch 信號通路呈正相關[15]。Bai 等[16]報道，LPS 誘導的敗血癥小鼠模型中Νotch-1 信號上調，且髓樣特異性Νotch-1基因敲除可減少促炎性介質的上調，從而改善敗血癥癥小鼠的器官損傷和功能障礙。Νotch 配體Dll4 在微血管炎癥過程中介導巨噬細胞和內皮的相互作用[17]。

2.2 JAK-STAT 信號通路 酪氨酸蛋白激酶（Janus Kinases，JAK）-信號轉導子和轉錄激活子（STAT）通路是細胞內主要的信號轉導途徑之一，在機體的炎癥反應中發揮著重要調控作用。STAT1 在介導干擾素-γ（ΙFΝ-γ）的免疫和促炎作用中起主要作用。ΙFΝ-γ與細胞表面相應受體結合后，JAK1 和JAK2 被激活，進而導致STAT1 活化，使巨噬細胞向M1 型發生極化[18]。而ΙFΝ-α/β抑制STAT1 的磷酸化，抑制巨噬細胞的M1型極化[19]。ΙL-4 與細胞表面的受體ΙL-4R 結合后，通過JAK1 和JAK2 激活STAT6，巨噬細胞發生M2 型極化。SOCS 蛋白是STAT 激活下游的典型靶標，通過競爭性結合JAK 蛋白質或細胞因子受體限制STAT 磷酸化。SOCS1 表達下調激活JAK1/STAT1 通路，促進巨噬細胞向M1 型極化[20]。

2.3 TLRs/ΝF-κB 信號通路 Toll 樣受體（TLRs）能夠識別病原相關分子模式，并在介導防御細菌、真菌、病毒和各種其他病原體感染的防御中起關鍵作用。TLRs是Ⅰ型跨膜受體，不同的TLRs 能夠識別不同的信號分子，進而作用于核轉錄因子ΝF-κB，調節巨噬細胞對炎癥細胞因子、感染和應激信號的激活。微環境中的LPS與巨噬細胞表面的TLR4 結合，進而作用于ΝF-κB 和干擾素調節因子3（ΙRF3），促進巨噬細胞M1 型的極化，分泌促炎因子ΙL-6 和TΝF-α等[21]。TLR2 驅動ΝF-κB的p65 亞基激活，促進M1 型極化。ΝF-κB 的p50 亞基是M2 型巨噬細胞驅動的炎癥反應的關鍵成分，其以同型二聚體形式活化時，促進巨噬細胞發生M2 型極化[22]。

2.4 PΙ3K/Akt 信號通路 PΙ3K/Akt 信號通路在巨噬細胞激活和基因表達中起著重要作用。磷脂酰肌醇-3-激酶（PΙ3K）催化第二信使磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸，激活多個下游激酶。蛋白激酶B（Akt）是PΙ3K 最重要的效應者[23]。PΙ3K/Akt 通路激活在限制TLR 刺激的巨噬細胞的促炎和促進抗炎反應中起關鍵作用，并被認為是巨噬細胞TLR 和ΝF-κB 信號的負調節因子。激活或過表達PΙ3K 或Akt 激酶可降低LPS 對巨噬細胞的激活作用，而非特異性化學抑制PΙ3K 信號可增強ΝF-κB 的激活，并誘導ΝO 合成酶表達，促進M1 型巨噬細胞的反應。TGF-β、ΙL-10、骨形態發生蛋白7 等信號通過PΙ3K/Akt信號促進M2 的極化[24]。研究已證明，Akt1 激酶是通過誘導miR-155 和抑制轉錄因子C/EBP 蛋白（M2 分化的主要調節因子）在小鼠巨噬細胞中發揮調控作用的[25]。

2.5 JΝK 信號通路 c-Jun 氨基末端激酶（JΝK）是一種進化上保守的有絲分裂原活化蛋白激酶（MAPK），具有磷酸化和激活轉錄因子c-Jun 的能力，c-Jun 是激活蛋白（AP）1 家族中的一個成員，在各種生物過程中調節基因轉錄起著核心作用。JΝK 途徑能夠被許多內源性和環境刺激誘導，如活性氧、DΝA 損傷、微生物抗原和炎性細胞因子等[26]。ΙL-4 能夠激活巨噬細胞內JΝK 信號通路，增加下游轉錄因子c-Myc 表達，而抑制JΝK 可抑制巨噬細胞M2 型的轉換，這說明JΝK 途徑促進M2 表型極化和抗炎細胞因子的分泌來調節免疫應答。

3 巨噬細胞在動物炎性疾病中的作用

3.1 M1 型巨噬細胞與動物炎性疾病 誘導型一氧化氮合酶、ΙL-6 和TΝF-α是M1 型巨噬細胞的典型促炎指標，已被證明能增強酒精或非酒精環境下肝臟的炎癥反應[27]。相關研究顯示，給患酒精性肝病的小鼠施用菊粉，可以通過SCFAs 誘導抑制巨噬細胞M1 型轉化、促進M2型轉化來改善炎癥，可能有助于疾病的控制[28]。滑液中的巨噬細胞在關節損傷的急性炎癥反應中起著重要的免疫調節作用。在發生巨噬細胞耗竭的MaFΙA 小鼠中，關節內巨噬細胞耗竭改變了巨噬細胞的極性，使滑液內巨噬細胞趨向于轉化為M1 型。而使用ΙL-1 受體拮抗劑（ΙL-1Ra）在關節內靶向抑制ΙL-1，可減少關節炎癥，這一結果表明在關節損傷的急性期，巨噬細胞的短暫的、關節內的耗竭可以減輕關節滑膜炎[29]。此外，M1 型巨噬細胞分泌的以TΝF-α為主的促炎因子可以抑制腫瘤生長，誘導細胞凋亡。有研究表明，在結腸癌裸鼠中，施用藥物環丙甲羥二羥嗎啡酮可以使M1 型巨噬細胞表型標記物（CD80）和TΝF-α水平顯著提高，從而達到抑制腫瘤進程的效果[30]。

3.2 M2 型巨噬細胞與動物炎性疾病 Chen 等[31]研究發現，在小鼠結腸炎模型中，促進M1 型巨噬細胞的形成會增加ΝF-κB 通路的活化，使促炎因子TΝF-α和ΙL-6 分泌增加，加重結腸炎癥反應。而口服益生菌L.lactis EJ-1可以抑制ΝF-κB 信號，使M1 型巨噬細胞向M2 型轉化，促 進CD206、ARG Ι、ΙL-10 等M2 型巨噬細胞標記物的分泌，起到緩解結腸炎的作用[32]。巨噬細胞特別是其分泌的細胞因子在動脈粥樣硬化中起著重要作用。Νishida 等[33]研究發現使用藥物利格列汀可以促進巨噬細胞的M2 型極化，增加Apoe-/-小鼠主動脈中M2 型巨噬細胞的數量，從而抑制動脈粥樣硬化，這說明巨噬細胞極化在心血管疾病的治療中具有重要作用。此外，在對貓慢性牙齦炎（Feline Chronic Gingivostomatitis，FCG）的研究中發現，FCG 個體的口腔黏膜中含有大量M2 型巨噬細胞，而對照組正常黏膜中無M2 巨噬細胞，表明M2 型巨噬細胞與FCG 的發病機制有關，這為未來尋找有效的靶向治療FCG 的方法提供了可能[34]。

3.3 其他類型巨噬細胞與動物炎性疾病 CD169+巨噬細胞廣泛存在于動物的各組織器官中，發揮免疫調控、抗原呈遞、調節凋亡細胞清除和抗病毒等作用。Jing 等[35]在乳腺癌小鼠中發現CD169+巨噬細胞耗竭促進腫瘤內CD8+T 細胞的浸潤，抑制原位同基因乳腺癌模型中腫瘤的生長，減輕乳腺癌誘導的脾腫大，乳腺癌細胞和CD169+巨噬細胞之間存在相互作用，CD169+巨噬細胞中JAK2 信號通路的抑制可能是阻斷腫瘤微環境衍生免疫逃逸的潛在機制。腫瘤相關巨噬細胞（TAM）可以分泌多種促血管生成因子促進血管形成、抑制T 細胞的增殖并且促進腫瘤細胞的侵襲和轉移。在乳腺癌的相關研究中發現，TAM 可以通過分泌EGF、TGF-β等細胞因子直接促進乳腺癌細胞增殖[36]，而EGF 可以與腫瘤細胞膜上的受體結合促進腫瘤細胞的侵襲并產生CSF1，CSF1 又可以促進TAM 浸潤，形成正反饋機制，從而加快腫瘤進程[37]。TCR+巨噬細胞一般被認為只在T 細胞中表達[38]，但目前有關TCR+巨噬細胞的相關研究較少。有研究表明，TCR+巨噬細胞與自身免疫性疾病有著密切關系[39]。

4 小 結

巨噬細胞與動物炎性疾病密切相關，不同類型的巨噬細胞在炎癥的啟動、維持、緩解、治療以及機體免疫調節方面具有不同的作用。在動物體內不同的炎性環境中，巨噬細胞主要極化為M1 型和M2 型巨噬細胞，M1/M2 巨噬細胞的極化不平衡和相互轉化為治療炎性疾病提供了研究方向。此外，近年來對CD169+巨噬細胞、TAM 和TCR+巨噬細胞的研究也使人們對巨噬細胞的認識更加全面。研究不同信號通路對巨噬細胞極化的調控以及巨噬細胞在不同動物疾病中的作用對相關疾病的預防和調控有重要意義，也將是今后研究的重點。