巨噬細胞活化參與肺纖維化機制研究進展

蔡澤慧 趙鵬 張藍熙 李建生

(河南中醫藥大學 1呼吸疾病中醫藥防治省部共建協同創新中心，河南 鄭州 450046；2河南省中醫藥防治呼吸病重點實驗室；3基礎醫學院)

肺纖維化是一種進行性、間質纖維化性肺疾病，是多種彌漫性間質性肺疾病(ILD)的共同結局，其中最具代表性的是特發性肺纖維化(IPF)。IPF發病率、死亡率呈逐年上升趨勢〔1〕，確診后患者中位生存期僅為3～5年〔2〕。本病發病機制復雜，臨床表現以進行性呼吸困難和肺功能下降為主要特征〔3～6〕；主要病理表現為肺泡上皮損傷、成纖維細胞灶形成和細胞外基質(ECM)過度沉積〔4,7〕；病理機制主要為外源性物質誘導肺泡上皮損傷釋放炎性介質，誘導巨噬細胞和中性粒細胞浸潤，觸發肺組織損傷與過度修復，導致纖維化發生〔8〕。鑒于巨噬細胞在纖維化形成中發揮的重要作用，本文就肺巨噬細胞的分類與功能、巨噬細胞活化及其釋放炎癥介入肺纖維化機制等研究進展進行綜述，為肺纖維化的防治提供參考。

1 肺巨噬細胞的分類與功能

巨噬細胞是固有免疫的重要組成細胞，可吞噬外源物質、清除凋亡細胞和壞死組織、分泌細胞因子，在免疫應答、組織修復和重構等過程中發揮重要作用。巨噬細胞具有異質性，在來源、形態結構、功能上有顯著差異〔9,10〕。

根據巨噬細胞在肺部分布情況的不同，可分為肺泡巨噬細胞(AMs)和肺間質巨噬細胞(IMs)，AMs分布于呼吸道和肺泡中，IMs定位尚不明確，可分布于肺泡間質、黏膜下層和血管外膜中〔11〕。AMs體積較大，形狀多樣，胞質內含有較多溶酶體，主要來源于胚胎卵黃囊巨噬細胞、骨髓中的祖母細胞、胚胎期單核細胞及血液循環和骨髓中的單核細胞。IMs體積較小，形態均一，細胞核較大且核內含有豐富的異染色質，主要由胚胎期卵黃囊和出生后骨髓中的單核細胞發育而來〔12,13〕。AMs的主要功能是殺傷病原微生物、吞噬水溶性差的有機顆粒、釋放炎癥介質、呈遞抗原的同時表達不同的細胞膜受體，是引起肺部炎癥反應和纖維化的關鍵細胞〔11〕。關于肺組織中IMs的功能研究較少，其吞噬、產生氧自由基和趨化性補體的能力較AMs弱，但表達白細胞介素(IL)-6和IL-10能力較AMs強，發揮免疫調節功能〔14〕。根據巨噬細胞活化類型的不同，可分為經典活化的巨噬細胞(M1)和替代活化的巨噬細胞(M2)〔15,16〕。M1由脂多糖(LPS)、干擾素(IFN)-γ、腫瘤壞死因子(TNF)等誘導產生，分泌TNF-α、IL-1β、IL-6等多種細胞因子促進炎癥反應〔17,18〕。M2由IL-4、IL-10、IL-13、糖皮質激素、免疫復合物等誘導產生〔19〕，可分為4個亞型：①M2a主要由Th2型細胞因子(IL-4、IL-13)誘導，表達Ⅰ型精氨酸酶編碼基因(Arg)-1、甘露糖受體(MR/CD206)、清道夫受體(CD163)及趨化因子配體(CCL)18等，促進組織損傷的修復〔20〕。②M2b由免疫復合物和TLR激動劑誘導，表達IL-10、IL-1、轉化生長因子(TGF)-β、并增強機體對LPS毒性的耐受性〔19〕。③M2c由糖皮質激素、IL-10和TGF-β誘導，表達CD206，主要參與免疫抑制反應和組織重塑〔21〕。④M2d可由IL-6和腺苷誘導〔22〕，促進血管生成、ECM重塑并抑制適應性免疫〔23〕。

2 巨噬細胞釋放多種介質促進肺纖維化的發生發展

肺纖維化發生發展過程中，煙霧、藥物、感染等外源性物質誘導肺泡上皮損傷，同時淋巴細胞激活釋放炎癥介質，促進巨噬細胞向損傷部位募集、活化，引發異常修復，導致ECM過度沉積，調控肺纖維化的發生發展〔8〕。

2.1IL 在肺纖維化的早期炎癥階段，Th1型細胞因子可將肺組織中巨噬細胞活化為促炎性M1表型，誘導持續的炎癥反應和組織損傷〔24～26〕。研究表明急性肺損傷動物模型中的M1型巨噬細胞顯著增加，高表達炎癥因子和趨化因子，誘導肺泡上皮細胞和血管內皮細胞損傷〔27～29〕；在碳納米管誘導的小鼠肺纖維化模型中，M1型巨噬細胞在模型誘導的第1天明顯上升，第3天達到峰值〔30〕；在二氧化硅、博來霉素或氮芥誘導的肺纖維化模型中，巨噬細胞顯著增加，IL-1和TNF-α表達升高，阻斷IL-1受體IL-1R1可緩解肺部纖維化〔31〕。巨噬細胞活化還可通過激活NLRP3炎性小體參與肺纖維化發生發展。研究表明在二氧化硅、石棉和碳納米管等外源性晶體導致的肺纖維化早期炎癥性疾病階段，巨噬細胞中NLRP3炎性小體激活，調節胱冬肽酶(caspase)-1活化，促進胞質內IL-1β成熟與分泌〔32〕；在PM2.5誘導的肺纖維化小鼠模型中，AMs中NLRP3炎性小體被激活，誘導支氣管肺泡灌洗液(BALF)中IL-1β和TGF-β1表達升高，且在小鼠小氣道周圍膠原沉積明顯〔33〕。此外，IL-1β可誘導巨噬細胞活化產生TGF-β，促進上皮細胞和成纖維細胞活化、增殖并分化為產生膠原的肌成纖維細胞；還可增加纖溶酶原激活物抑制劑(PAI)-1的表達，抑制ECM降解〔34〕。

在肺纖維化中后期，巨噬細胞活化并分泌IL-10、IL-13、IL-33等Th2型細胞因子，在纖維化形成階段發揮重要作用〔35～37〕。研究發現在石棉沉積癥、結節病患者的BALF和IPF患者的AMs中，IL-10的水平顯著升高〔38～40〕；敲除小鼠IL-10基因可抑制二氧化硅或博來霉素誘導的肺纖維化〔41〕。IPF患者的血液和BALF中IL-13水平升高，且與肺纖維化嚴重程度呈正相關〔42〕；在熒光素異硫氰酸酯誘導的急性肺損傷模型中，巨噬細胞高表達IL-13，誘導成纖維細胞產生ECM并發揮促纖維化作用，抑制IL-13可緩解小鼠肺纖維化發生〔43,44〕；外源性給予IL-33可促進巨噬細胞M2型極化并產生IL-13和TGF-β1，促進肺纖維化的發生發展〔37,45〕。

2.2生長因子 在肺纖維化發生發展的中后期，M2型巨噬細胞在肺組織中比例顯著增加，高表達TGF-β、結締組織生長因子(CTGF)、血小板源性生長因子(PDGF)等促進纖維化因子等〔46〕。TGF-β是典型的促纖維化因子，其中TGF-β1亞型通過激活跨膜受體絲氨酸/蘇氨酸激酶和胞質內的Smad2/3信號通路，增加下游膠原Ⅰ和Ⅲ基因轉錄〔47,48〕；促進成纖維細胞分化為肌成纖維細胞〔49〕。Yao等〔50〕研究發現M2型巨噬細胞中C/EBP同源蛋白表達增加可促進TGF-β表達，促進肺纖維化發展。此外，IPF患者肺巨噬細胞中PDGF表達增加；PDGF可通過IP3門控通道增加Ca2+釋放，誘導肺成纖維細胞中ECM相關基因表達；PDGF受體酪氨酸激酶抑制劑伊馬替尼可明顯改善肺纖維化〔51～53〕。CTGF是參與肺損傷后組織重塑和纖維化的重要因子，在輻射誘導肺損傷中M2型極化的巨噬細胞增加并高表達CTGF，誘導成纖維細胞活化為肌成纖維細胞，抑制CTGF生成后可降低肺纖維化程度〔54,55〕。

2.3趨化因子 巨噬細胞活化可產生CCL2(MCP-1)、CCL17、CCL22和CCL18等趨化因子，促進成纖維細胞的募集與活化。研究發現IPF患者的BALF和血清中CCL2水平顯著升高〔56〕；在肺纖維化小鼠模型中，CCL2可誘導纖維細胞向肺泡損傷部位遷移分化為成纖維細胞〔57〕；CCL2還可激活ERK1/2信號通路促進肺成纖維細胞產生IL-6，進而激活IL-6/STAT3信號抑制成纖維細胞凋亡〔58〕。此外，在IPF患者的BALF中，CCL22和CCL17均顯著升高，可誘導AMs募集和激活，促進肺纖維化進展；抑制CCL17的生成可減少肺巨噬細胞數量，減緩纖維化發展〔59,60〕。CCL18又稱為肺活化調節趨化因子(PARC)，在肺纖維化患者BALF中M2型巨噬細胞高表達CCL18，激活成纖維細胞產生膠原蛋白，膠原蛋白又可正反饋性刺激M2產生CCL18，促進肺纖維化的發展〔61～63〕。

2.4基質金屬蛋白酶(MMPs) 巨噬細胞活化后可表達多種MMPs參與ECM重塑。MMPs是鋅依賴性肽鏈內切酶，可調節ECM蛋白沉積和多種蛋白活性，如炎癥介質、生長因子、抗纖維化生長因子等〔64〕。IPF患者的AMs中MMP-3表達增加，通過激活β-catenin信號誘導成纖維細胞活化和上皮間質轉化〔65〕。IPF患者的BALF和肺組織巨噬細胞內高表達MMP-8〔66〕；肺纖維化小鼠肺巨噬細胞表達MMP-8，可降低炎性蛋白(MIP)-1α和IFN-γ誘導蛋白(IP)-10的水平，促進肺纖維化的發生〔67〕。MMP-9在IPF患者的AMs和IMs中表達升高〔68〕，但MMP-9在纖維化中的作用是雙向的，既可激活TGF-β1促進纖維化的發展〔69〕，又可降低胰島素樣生長因子結合蛋白(IGFBP)3，發揮抗纖維化作用〔70〕。AMs還可表達MMP-10，IPF患者血清中MMP-10含量是反映疾病嚴重程度和預后的生物標志物〔71〕；MMP-10可促進巨噬細胞遷移，并誘導巨噬細胞活化，膠原酶活性增加，發揮抗纖維化作用〔72,73〕。巨噬細胞還可表達MMP-12和MMP-13〔74,75〕，但這兩種MMP在肺纖維化中的作用尚存在爭議。MMP-28在肺巨噬細胞中普遍存在，在博來霉素誘導的肺纖維化小鼠中，MMP-28通過促進M1極化為M2，誘導成纖維細胞增殖和膠原蛋白生成，從而促進肺纖維化〔76〕。

2.5其他 M2型巨噬細胞還可高表達Arg-1、抵抗素樣家族蛋白(Fizz)-1、幾丁質酶3樣分子3(Chi3l3/Ym-1)、CD206等〔24,77～79〕。Arg-1可將L-精氨酸水解為L-鳥氨酸，促進多胺和脯氨酸合成，為ECM中膠原蛋白的合成提供原料〔79,80〕。Fizz-1為M2極化特異性蛋白，可促進成纖維細胞中α-平滑肌肌動蛋白(SMA)和膠原蛋白生成；減少Fizz-1表達，可減少肺成纖維細胞活化，抑制骨髓來源的巨噬細胞向肺部募集，改善博來霉素誘導的小鼠肺纖維化〔81〕。研究發現微囊藻毒素-LR可以抑制巨噬細胞向CD206+巨噬細胞M2型活化，從而抑制上皮細胞中間質轉化信號傳導和成纖維細胞活化，改善博來霉素誘導的大鼠肺纖維化〔82〕。

綜上，巨噬細胞在肺纖維化的早期炎癥反應、中后期纖維化形成階段均發揮重要作用，干預巨噬細胞異常活化可能是減緩肺纖維化發生發展的重要策略，相關研究取得較大進展。但仍存在有關問題尚需解決，如肺纖維化中不同活化類型的巨噬細胞來源與作用、干預巨噬細胞活化防治肺纖維化的機制等。針對此類問題開展深入研究，將為肺纖維化防治提供新的途徑及科學依據。