巨噬細胞極化調控信號通路及M1/M2失衡在肺部炎癥性疾病中作用的研究進展

楊霞，寧宗

廣西醫科大學第一附屬醫院全科醫學科，南寧530021

肺部炎癥性疾病通常由細菌、病毒、真毒等感染所致，其發病率和病死率在全球范圍內呈顯著升高趨勢［1］。研究發現，免疫系統炎癥反應紊亂（即炎癥風暴和免疫麻痹）與肺部炎癥性疾病的發生發展密切相關［2］。巨噬細胞是一種先天性免疫細胞，其作為自然免疫細胞和抗原呈遞細胞，對維持肺部免疫環境具有重要作用。巨噬細胞具有高度異質性，可分為M0、M1、M2、Mox及M4多個亞型。M0型是指處于未激活狀態的巨噬細胞，經細胞因子及趨化因子激活后可分化為M1型和M2型；M1型能夠促使促炎細胞因子大量釋放，具有促炎作用；M2型可產生抗炎細胞因子，具有抗炎和免疫調節作用。巨噬細胞主要有5種活化形式，即先天性活化、體液活化、經典活化、選擇性活化、固有/獲得性鈍化。當機體受到刺激后巨噬細胞發生形態、功能及表型等轉變，這種可塑性改變即為巨噬細胞的極化［3］。極化的巨噬細胞可以進一步產生不同的影響，如M2型巨噬細胞不僅可以抑制M1型巨噬細胞抗原提呈、促炎因子的分泌，還能促進損傷肺組織愈合，調節巨噬細胞的功能平衡。此外，巨噬細胞具有較強的可塑性，可由激活的M1型向M2型轉變，亦可由M2型向M1型轉變。正常情況下，M1和M2型巨噬細胞處于動態平衡狀態，但當機體受到外界因素影響時，靜止的M0型巨噬細胞發生極化，打破M1、M2型巨噬細胞的分布和比例，導致機體炎癥反應失衡，產生炎癥因子風暴。因此，維持巨噬細胞M1/M2的動態平衡對保持機體內環境穩態具有重要作用。最新研究發現，巨噬細胞在肺部炎癥性疾病的發生發展過程中發揮重要的靶向作用，但其具體作用機制目前尚未完全闡明。現將調節巨噬細胞極化的相關信號通路及肺部炎癥性疾病中巨噬細胞極化失衡的研究進展綜述如下。

1 調控巨噬細胞極化的相關信號通路

1.1 Notch信號通路 作為一種在進化上高度保守的信號轉導分子，Notch信號通路在細胞的分化、增殖及生存過程中發揮重要作用。哺乳動物中的Notch信號通路由Notch受體、配體、調節因子和相關轉錄因子組成。研究發現，Notch信號通路與巨噬細胞極化密切相關，激活的Notch信號通路可促進M0型巨噬細胞向M1型極化，而阻斷Notch信號通路可促使M0型向M2型極化［5］。趙興艷等［6］報道，細支氣管炎小鼠中存在巨噬細胞M1/M2極化失衡，予以重組Jagged1蛋白激活Notch信號通路后，M2型巨噬細胞發生極化，逆轉巨噬細胞M1/M2失衡，明顯改善肺組織炎癥。以上研究結果提示，Jagged1/Notch1信號通路與M2型巨噬細胞極化密切相關。郭世博等［7］報道，抑制Notch信號下游可以調控巨噬細胞極化關鍵分子SIRPα表達，促使巨噬細胞向M1型極化。因此推測，Notch信號通路調控的巨噬細胞極化可能在肺部炎癥性疾病中發揮重要作用。

1.2 Toll樣受體（TLRs） TLRs屬于進化中一個保守的模式識別受體家族，主要表達在固有免疫細胞上，如巨噬細胞、樹突狀細胞、自然殺傷細胞等，是識別病原微生物的重要免疫分子，在炎癥反應和免疫防御中發揮重要作用。目前已發現11種TLRs，即TLR1～TLR11。TLR2在巨噬細胞表面有豐富的表達，TLR2信號被活化后，影響巨噬細胞向M1表型轉化的極化過程，導致炎癥因子表達增加［8］。湯祥瑞等［9］觀察TLR4對巨噬細胞極化的影響，發現激活TLR4下游的核因子STAT1后，巨噬細胞由M0型向M1型極化。童睿等［10］報道，激活TLR9可以促進巨噬細胞由M2型向M1型極化。最新研究發現，抑制TLR4信號通路可以逆轉巨噬細胞向M1促炎表型的轉化，干預巨噬細胞極化過程［11］。

1.3 核因子紅細胞2相關因子2（Nrf2）/血紅素氧化酶1（HO-1） Nrf2/HO-1在抗氧化、抗炎、調節細胞死亡等方面發揮重要作用。Nrf2是抗氧化應激反應的關鍵調控因子，可調控下游HO-1轉錄［12］。而HO-1作為Nrf2調控的下游Ⅱ相解毒酶，被認為是最強的抗氧化蛋白。研究顯示，Nrf2與巨噬細胞極化密切相關，激活Nrf2可抑制巨噬細胞M0型向M1型轉化，促進其轉化為M2型［13］。進一步研究發現，激活Nrf2/HO-1信號通路可以抑制巨噬細胞向M1型轉換，促進其向M2型轉換，從而緩解炎癥反應［14］。此外，HO-1主要表達在肺泡巨噬細胞中。萬斌斌等［15］通過建立小鼠海水淹溺性急性肺損傷模型，發現肺組織中HO-1含量降低，而作為M1型巨噬細胞標志物的iNOS表達明顯增加。對敲除HO-1的HO-1M-KO小鼠進行觀察，發現HO-1功能缺失可促進M1型巨噬細胞極化，加重肺損傷過程。上述結果提示，Nrf2/HO-1能夠抑制巨噬細胞M1的極化作用。

2 巨噬細胞M1/M2失衡在肺部炎癥性疾病中的作用

2.1 巨噬細胞M1/M2失衡在急性肺損傷（ALI）中的作用 極化的巨噬細胞可以釋放大量炎癥因子，導致肺局部炎癥微環境失衡，出現炎癥風暴，甚至發生ALI。M1型巨噬細胞主要通過分泌一系列炎癥細胞因子來促進ALI進展，起到促炎作用；而M2型巨噬細胞則以拮抗M1型巨噬細胞為主，起到抑制炎癥的作用。在炎癥反應早期，機體在外界因素刺激下，M1型肺泡巨噬細胞被激活，釋放過氧化物和基質金屬蛋白酶等細胞毒性介質，觸發炎癥級聯反應，引發炎癥風暴，加重肺組織損傷。隨著病原微生物被清除，活化的M1型巨噬細胞向M2型轉化，M2型肺泡巨噬細胞被激活，發揮抗炎作用。因此，巨噬細胞的極化方向與炎癥反應的發生、轉歸密切相關，如果M1/M2平衡失調，ALI則會惡化。當M1型巨噬細胞過度激活，肺組織受損進一步加重，產生大量促炎細胞因子；當M2型巨噬細胞過度激活，機體對病原的清除能力下降，導致肺組織纖維化，產生慢性肺炎。因此，M1型巨噬細胞的的促炎反應和M2型巨噬細胞的抑炎反應維持相對平衡與肺部損傷和修復密切相關。

巨噬細胞M1/M2失衡參與ALI的發生發展與轉歸過程。在缺氧誘導的ALI小鼠肺泡巨噬細胞中，M1型巨噬細胞含量顯著增加，釋放大量炎癥因子；M1/M2失衡，致使肺局部炎癥微環境失衡，加重炎癥因子釋放［16］。在脂多糖誘導的膿毒癥肺損傷模型大鼠中，給予大黃干預后促進了M2型巨噬細胞極化，大鼠病死率顯著降低［17］。由此可見，巨噬細胞極化或將成為預防和治療ALI的有效靶點。

2.2 巨噬細胞M1/M2失衡在支氣管哮喘中的作用固有免疫激活和反應不平衡在哮喘發病機制中發揮重要作用。哮喘作為一種免疫失調性疾病，其發生機制與Th1/Th2細胞免疫反應失衡密切相關。Th1細胞主要通過分泌IL-2、干擾素γ（IFN-γ）、腫瘤壞死因子α（TNF-α）等發揮細胞免疫作用，Th2細胞通過分泌IL-4、IL-5、IL-10、IL-13等細胞因子發揮體液免疫作用。作為自然免疫細胞和抗原呈遞細胞，巨噬細胞通過抗原呈遞、識別、吞噬和清除多種抗等參與哮喘發病過程中起關鍵作用。IL-4、IL-13是M2巨噬細胞極化的主要誘導劑，是Th2型哮喘的主要炎癥因子，誘導產生具有抑炎和修復作用的肥大細胞、嗜堿粒細胞和Th2細胞等，促進抗炎細胞因子分泌。過敏性哮喘中M2型巨噬細胞占主導地位，表現為M2極化，以Th2細胞反應為主［18］。在非過敏性哮喘中，M1型巨噬細胞占主導地位，表現為M1極化，Th1和Th17細胞表達增加。特別是肥胖型哮喘不僅導致脂肪組織以M1巨噬細胞浸潤為主，而且還可以促進M2型轉變為M1型［19］。動物實驗顯示，在肥胖哮喘小鼠中，氣道高反應性增加與適應性免疫無關，通過分泌IL-17導致氣道反應性增高，而肺組織中TNF-α主要來源于肺泡巨噬細胞，M1型巨噬細胞可高表達TNF-α，從而加重哮喘病情［20］。因此，肥胖型哮喘的原因可能與M1巨噬細胞過度反應導致巨噬細胞極化失衡有關，調節巨噬細胞極化平衡可能成為臨床解決哮喘的重要途徑之一。

2.3 巨噬細胞M1/M2失衡在慢性阻塞性肺疾病（COPD）中的作用 COPD是一種慢性氣道炎癥性疾病，其氣道炎癥與巨噬細胞在氣道內大量募集和激活、CD8+T淋巴細胞浸潤等有關；此外，巨噬細胞的過度募集和活化還會加重氣道炎癥，其數量與COPD病情嚴重程度呈正比［21］。COPD作為一種異質性疾病，免疫失衡在氣道炎癥中發揮重要作用，而作為肺部最重要的免疫細胞之一的巨噬細胞，通過抗原遞呈參與COPD發病過程中炎癥及免疫防御調節作用。研究發現，M1/M2失衡在COPD發病機制中占據重要地位。張朝輝［22］報道，急性加重期COPD患者外周血中M1及M1/M2均明顯下降，提示巨噬細胞極化程度與疾病發生及嚴重程度密切相關，其可能通過影響IL-6、IL-12、IL-13、TNF-α水平，從而影響肺功能。此外，Th17細胞通過分泌IL-17來促進炎癥因子釋放，介導炎癥反應，在COPD發病機制中發揮重要作用；而IL-17作為一種免疫調節因子可參與巨噬細胞表型的調控。因此推測，靶向調控巨噬細胞的極化方向可能成為COPD治療的新靶點。

2.4 巨噬細胞M1/M2失衡在新型冠狀病毒（SARSCoV-2）肺炎（COVID-19）中的作用 免疫反應失調是COVID-19發病機制的核心，巨噬細胞極化對促進/抑制病毒感染和傳播發揮重要作用。過度免疫反應引起大量促炎細胞因子釋放，導致T淋巴細胞減少，促進肺泡巨噬細胞向M1型巨噬細胞極化，并進一步釋放過量的炎癥細胞因子。研究發現，SARS-CoV-2感染通過巨噬細胞極化激活Th1和Th2反應，導致COVID-19患者血清中Th1相關細胞因子IL-1β、IL-6、IFN-γ和Th2相關細胞因子IL-4、IL-10均顯著增加［23］。而活化的巨噬細胞一方面可募集大量單核—巨噬細胞，一方面啟動特異性免疫應答，促進肺泡巨噬細胞向M1型轉化，產生并釋放大量炎癥因子。此外，病毒本身還可以直接破壞巨噬細胞，形成炎癥風暴，進一步加重肺組織損傷。

2.5 巨噬細胞M1/M2失衡在肺癌中的作用 肺癌是一種炎癥相關性疾病，長期慢性肺部炎癥可增加肺癌罹患風險。免疫反應失衡在肺癌的發生發展過程中具有重要作用。巨噬細胞在肺癌組織中的表達非常豐富，促進腫瘤生長的M2型巨噬細胞多于抑制腫瘤生長的M1型巨噬細胞，從而形成腫瘤前免疫微環境。宋雪等［24］報道，在肺癌細胞生長過程中存在M1/M2失衡，給予miR-210干預后可以調控M1/M2巨噬細胞比例，從而抑制肺癌細胞生長，其作用機制是通過誘導巨噬細胞向M1型分化、抑制其向M2型分化，逆轉其失衡。在腫瘤微環境中，腫瘤浸潤性巨噬細胞主要表現為M2型，有利于腫瘤細胞的免疫逃逸、生長和轉移。因此，靶向腫瘤浸潤性巨噬細胞可能成為抗腫瘤免疫的一個潛在途徑。

巨噬細胞極化是近年來肺部炎癥性疾病研究的熱點，具有高度可塑性及異質性的巨噬細胞在特定微環境刺激下可以極化為不同的功能表型，M1/M2巨噬細胞極化貫穿疾病的全過程，兩者相互轉化，保持動態平衡，及時識別并糾正M1/M2巨噬細胞極化失衡可以有效調控疾病的發生發展過程。然而，目前尚不清楚有關巨噬細胞極化在肺部炎癥性疾病中的具體作用機制，針對巨噬細胞極化這一靶點為治療肺部炎癥性疾病提供了新的策略，但仍需進一步深入研究和探討。