肺泡巨噬細胞極化及其在矽肺纖維化發生發展中作用的研究進展

江楓，唐以軍

肺泡巨噬細胞極化及其在矽肺纖維化發生發展中作用的研究進展

江楓，唐以軍

湖北醫藥學院附屬十堰市太和醫院呼吸與危重癥醫學科，湖北十堰 442000

巨噬細胞為免疫細胞的一種，具有較強的可塑性和異質性，能響應不同的刺激而改變表型。在矽肺纖維化過程中巨噬細胞極化表型包括M1型巨噬細胞和M2型巨噬細胞。M1巨噬細胞作為促進炎癥反應的主要細胞，釋放各類炎癥介質，在矽肺的早期加重肺泡組織損傷。在矽肺纖維化階段，M2巨噬細胞釋放各類介質及纖維蛋白，促進纖維化的發展。M1、M2型巨噬細胞極化的機制與Notch、核因子kappaB、蛋白酪氨酸激酶/信號傳導子和轉錄活化因子、磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B等信號通路關系密切。通過調節相關信號通路，早期減少M1型巨噬細胞極化，從而減少炎癥引起的肺部損傷，在晚期減少M2型巨噬細胞極化，延緩纖維化的進程，將有望改善矽肺的治療。

矽肺；巨噬細胞極化；肺纖維化；M1型巨噬細胞；M2型巨噬細胞

矽肺是一種主要由長期吸入二氧化硅粉塵引起的以肺部廣泛結節性纖維化為特征的疾病，屬于塵肺病中進展快、危害最嚴重的類型，目前治療方法相對有限。雖然矽肺纖維化病變難以逆轉，但肺纖維化是一種慢性進行性病理過程，探索肺纖維化進展機制有重要意義。研究發現，巨噬細胞在矽肺的早期炎癥和肺纖維化過程中發揮重要作用［1］。巨噬細胞為免疫細胞的一種，在宿主防御、組織修復及維持內部環境穩態方面起重要作用，其具有較強的可塑性和異質性，在不同微環境信號的誘導下，可極化為功能不同的表型［2］。在矽肺中，當矽塵到達肺組織時，肺泡巨噬細胞通過膠原樣巨噬細胞受體與異物結合，進行矽塵吞噬，參與非特異性免疫。部分矽塵吞噬后可被巨噬細胞的溶酶體降解，未及時吞噬的游離的矽塵則會誘導巨噬細胞發生極化，參與肺泡炎癥及纖維化［3］。近年來，對與巨噬細胞極化的研究有了深入發展。現就巨噬細胞極化及其在矽肺纖維化發生、發展中的作用綜述如下。

1 肺泡巨噬細胞極化

1.1巨噬細胞極化的分類巨噬細胞在肺中分布于不同的位置，對應不同的分工，包括肺泡巨噬細胞、肺間充質巨噬細胞、肺血管內巨噬細胞和支氣管巨噬細胞等，其中肺泡巨噬細胞占比90%以上［3］。研究發現，肺巨噬細胞根據其來源可以分為源自自我更新的胚胎前體或源自骨髓中的造血干細胞/祖細胞發育的循環血單核細胞［4］。在生理穩定狀態下，肺巨噬細胞主要來源于胚胎發育，其數量的維持依靠自我增殖完成，伴隨機體發育長期存在。集落刺激因子受體1、巨噬細胞集落刺激因子在肺巨噬細胞的發育和增殖中起決定性作用。在肺損傷、炎癥等情況下，巨噬細胞起源有所改變。研究表明，常駐肺泡巨噬細胞在嚴重的組織損傷期間會耗盡，根據損傷程度，小鼠肺泡巨噬細胞可通過剩余的常駐巨噬細胞的局部增殖來恢復，如果損傷嚴重，則將循環血單核細胞募集到肺中，然后分化為單核細胞衍生的巨噬細胞［5］。

巨噬細胞能響應諸多不同的刺激而改變表型，這個過程被稱為極化。巨噬細胞在不同的環境及刺激下可極化為M1型巨噬細胞或者M2型巨噬細胞，二者功能差異較大。M1型巨噬細胞由脂多糖或干擾素γ誘導，這種表型的巨噬細胞能分泌大量的促炎細胞因子如白細胞介素-1（IL-1）、IL-6、IL-12、IL-23、腫瘤壞死因子-α（TNF-α），還通過產生活性氧中間產物和一氧化碳合酶發揮強大的細胞毒性和抗增殖效應，參與輔助性T細胞（Th）1免疫、超敏反應、腫瘤抵抗過程［6］。M2型巨噬細胞由IL-4/IL-13刺激產生，這種巨噬細胞通過產生血管生成介質，如轉化生長因子-β（TGF-β）、血管內皮生長因子和表皮生長因子，促進炎癥消退和傷口愈合。根據其激活分子的不同M2型巨噬細胞又可分為M2a、M2b、M2c、M2d不同亞型，功能各異。M2a表型由IL-4和（或）IL-13激活，分泌大量抗炎細胞因子，參與殺傷胞外病原體、促纖維化、組織重建、血管新生等，并促進Th2免疫；M2b表型由免疫復合物或Toll樣受體（TLRs）、IL-1受體配體激活，分泌炎性細胞因子如TNF-α、IL-6、IL-10，參與Th2細胞激活和免疫調節；M2c由IL-10、TGF-β1和糖皮質激素激活，分泌IL-10和TGF-β，參與組織重塑和細胞外基質產生；M2d由TLRs、腺苷A_2a受體激活，參與血管生成、清除凋亡組織及腫瘤相關免疫調節［7］。

1.2巨噬細胞極化通路及關鍵因子研究報道，識別巨噬細胞的極化狀態，并調節巨噬細胞的極化方向，可能是一種新的疾病治療策略。巨噬細胞極化過程相對復雜，精確調控機制仍不完全清楚，涉及一系列信號通路以及轉錄和轉錄后調控網絡［8］。

1.2.1促進M1型巨噬細胞極化相關通路及因子研究表明，激活Notch信號通路可促進巨噬細胞極化為M1型巨噬細胞，起到促炎和抗腫瘤作用［9］。Notch信號通路的激活增加了炎癥因子如IL-6的分泌，減少了IL-10的釋放。在Notch1基因敲除小鼠的肝巨噬細胞中M1型基因的表達降低，從而減輕炎癥反應［10］。相反，缺乏典型Notch信號的巨噬細胞通常表現為M2表型。Notch信號不僅可以促進M1型巨噬細胞的分化，還可通過與Delta-like 4結合來阻止M2型巨噬細胞的分化，從而調控M2特異性基因的表達和細胞凋亡［11］。Notch信號調節的巨噬細胞極化可能是重要治療靶點。

核因子kappaB（NF-κB）是炎癥啟動和消退的核心調節因子。在急性肺損傷時，外部刺激產生Toll樣受體4（TLR4）導致NF-κB的激活以及與M1表型相關的炎癥介質產生［12］。TLR4信號通路由髓系分化因子88（MyD88）依賴的通路與MyD88非依賴通路組成，MyD88依賴通路的激活導致干擾素調節因子3（IRF3）在細胞核內的激活和移位，從而誘導Ⅰ型干擾素的分泌，IRF3參與調節M1極化和M1相關基因誘導［13］。NF-κB調節大量炎癥基因表達，包括TNF-α、IL-1、環氧合酶2和IL-6，與M1型巨噬細胞的激活有關［12］。

蛋白酪氨酸激酶（JAK）/信號傳導子和轉錄活化因子（STAT）信號轉導通路被認為是M1表型調節因子的關鍵組成部分，下調細胞因子信號轉導抑制因子1（SOCS1）可通過JAK/STAT1途徑促進M1型巨噬細胞極化［14］。STAT1是激活巨噬細胞和增強炎癥的重要轉錄因子，抑制STAT1活性通過抑制促炎基因的表達和M1型巨噬細胞的極化對急性肺損傷具有保護作用［15］。該信號通路也與M2型巨噬細胞極化相關，酪氨酸磷酸酶通過調節JAK/STAT1活性抑制M2型巨噬細胞極化［16］。

1.2.2促進M2型巨噬細胞極化相關通路及因子TGF-β是被公認為是纖維化疾病的關鍵促纖維化介質，TGF-β的過度表達導致纖維化［17］。TGF-β通過與TGF-β受體復合物結合來觸發細胞內的信號傳遞，活化的TGF-β通過磷酸化Smad2/3，使Smad2/3與Smad4形成復合物，通過與Smad4反應調控區域結合來調節基因表達［18］。在Smad依賴的途徑中，TGF-β上調M2表型基因的表達，并誘導M2型巨噬細胞極化，促進肺成纖維細胞的增殖和分化，加劇肺纖維化的發生［17］。TGF-β在包括肺纖維化在內的纖維化組織反應中起關鍵作用，酪氨酸激酶抑制劑通過抑制TGF-β1/Smad3途徑，從而抑制肺纖維化［19］。

磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）是一類脂激酶，在多種免疫細胞中均有組成性表達，PI3K/蛋白激酶B（AKT）信號通路在巨噬細胞極化中有重要作用。抑制PI3K/AKT通路可抑制M2型巨噬細胞極化，PI3K/AKT信號通路對巨噬細胞極化的貢獻取決于AKT亞型［20］。研究提示AKT的基因消融導致巨噬細胞更多向M1表型極化［21］。維持PI3K的激活并促進M2型巨噬細胞極化，分泌更多的纖維蛋白，將導致肺纖維化的繼續惡化［8］。

2 矽肺的發病機制

目前矽肺的發病機制尚未完全明確，有研究報道，二氧化硅粉塵-自由基-細胞因子-細胞凋亡是矽肺纖維化發病的作用鏈［22］。肺泡巨噬細胞是矽塵作用的主要靶細胞，肺泡巨噬細胞在吞噬矽塵后，釋放各種致纖維化細胞因子及炎癥介質，如TNF-α、IL-1、TGF-β、巨噬細胞源性生長因子等，一方面使炎性細胞浸潤，促進肺泡巨噬細胞分化和成熟；另一方面促進炎癥介質、細胞因子的進一步分泌，導致肺損傷。除此之外，有研究發現，肺巨噬細胞不僅通過分泌細胞因子及炎癥介質參與矽肺纖維化外，其細胞凋亡在矽肺炎癥及纖維化的發生發展中發揮重要作用［23］。在矽塵作用下，肺泡巨噬細胞產生大量自由基，引起肺泡巨噬細胞膜出現脂質過氧化反應，致使細胞膜受損，次級溶酶體中的二氧化硅粉塵、水解酶等釋放到細胞質中，導致線粒體受損，肺泡巨噬細胞崩解死亡。肺泡巨噬細胞崩解死亡產生諸多活性因子，如纖維粘連蛋白、生長轉化因子等，促進成纖維細胞的增殖、聚集及膠原纖維合成等，導致肺組織纖維化病變。近年來，細胞因子在肺纖維化發病中的作用越來越受到重視，不斷有新的細胞因子被發現。粉塵、效應細胞和細胞因子等相互作用，構成復雜的細胞分子調節網絡，通過多種信號轉導途徑調控肺部炎癥和纖維化的進程。對矽肺發病及進展機制進行分析，將有助于矽肺的個性化預防和治療。

3 肺泡巨噬細胞極化在矽肺纖維化發生、發展中的作用

肺巨噬細胞是肺局部炎癥微環境和炎癥反應中最主要的調節細胞，是維持肺功能和屏障免疫的關鍵哨兵。巨噬細胞的數量和表型被認為在矽肺導致的纖維化病理過程中起關鍵作用，巨噬細胞參與肺損傷和修復的各個階段，既可促進纖維化，亦可抑制纖維化［24］。

M1型巨噬細胞可產生多種促炎介質，加重肺部的炎癥損傷，M2型巨噬細胞具有抑制炎癥，啟動傷口修復功能，促進肺部纖維化，這兩者之間的長期激活和失衡與矽肺的發病相關。M1型巨噬細胞主要作用于矽肺的早期炎癥期。炎癥發生時M1型巨噬細胞本身會產生TNF-α、IL-1和氧自由基來促進炎癥發生，而在瘢痕組織溶解過程中，M1型巨噬細胞對細胞外基質的降解起重要作用，如M1型巨噬細胞產生的基質金屬蛋白酶可促進基質降解，抑制纖維化［25］。M2型巨噬細胞在矽肺的纖維化進展中起關鍵作用。在M2型巨噬細胞分泌的TGF-β作用下，促進肌成纖維細胞增殖和細胞外基質沉積。M2型巨噬細胞和TGF-β水平升高被認為是纖維化發展的標志，有證據表明，M2型巨噬細胞耗竭導致纖維化的改善［8］。M2型巨噬細胞極化增強通過產生趨化因子、金屬蛋白酶組織抑制因子和纖維連接蛋白，抑制炎癥反應和促進纖維化肺疾病的發生、發展［26］。

在矽肺的早期，抑制M1型巨噬細胞的極化，可減少相關炎癥介質引起的肺部損傷；而在矽肺慢性期，抑制細胞的M2極化，將有效延緩晚期肺纖維化的發生，從而有效改善患者病情。有研究表明，微囊藻毒素可抑制磷酸化AKT和信號轉導子和轉錄激活子6水平，從而使得M2型巨噬細胞極化數量顯著減少，下調上皮間質轉化，進而減少纖維化相關蛋白的釋放，從而改善纖維化［27］。巨噬細胞極化的概念受到越來越多的重視，巨噬細胞在矽肺病理過程中表現出極強的可塑性，這使得靶向調節其極化方向成為可能的治療靶點。一系列能調節巨噬細胞細胞極化的藥物，如雷公藤、姜黃素等藥物越來越受到人們的重視，但鑒于天然草藥對巨噬細胞極化調節作用相對復雜，涉及的具體機制、信號通路仍在進一步研究中［28-29］。

綜上所述，M1型巨噬細胞作為促進炎癥反應的主要細胞，釋放各類炎癥介質，在矽肺的早期加重肺泡組織損傷，在矽肺的纖維化階段，M2型巨噬細胞釋放各類介質及纖維蛋白，促進纖維化的發展。矽肺導致的肺纖維化的趨勢和嚴重程度取決于M1型和M2型巨噬細胞的平衡。通過調節相關通路，早期減少M1型巨噬細胞極化，從而減少炎癥引起的肺部損傷；晚期減少M2型巨噬細胞極化，延緩纖維化，將有望改善纖維化進程。

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（2022-07-03）

湖北省衛生健康委科研項目（WJ2019S024）。

唐以軍（E-mail： tangyijun_799@163.com）

10.3969/j.issn.1002-266X.2022.28.027

R563

A

1002-266X（2022）28-0112-04