巨噬细胞M1/M2极化分型的研究进展①

周宪宾 综述 姚成芳 审校 (山东省医学科学院基础医学研究所，济南250062)

巨噬细胞按照其表型和分泌的细胞因子可以分为两种极化类型，即经典活化(Classically activated)的M1型和选择性活化(Alternatively activated)的M2型巨噬细胞。巨噬细胞的极化分型在肿瘤、脂肪等多数组织中广泛存在，并对某些肿瘤的预后有指导意义［1］。多种因素能调节巨噬细胞失衡的极化状态，这种状态的调整对于疾病的治疗等具有指导意义。现就巨噬细胞极化分型等方面的研究进展综述如下。

1 巨噬细胞的极化表型及相应的功能特征

巨噬细胞是机体内重要的吞噬和抗原提呈细胞，在机体处理外源性病原微生物及机体内产生的危险信号等方面发挥重要作用。巨噬细胞主要由骨髓干细胞发育而来。在多集落刺激因子(multi-CSF)、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)等刺激下，骨髓干细胞发育成单核母细胞，后者进一步分化成为前单核细胞并进入血流，在此处分化成为成熟的单核细胞。单核细胞穿过血管内皮，迁移到不同的组织，分化成为组织特异性的巨噬细胞。由于巨噬细胞是一种异质性细胞群体，不同组织甚至同一组织的巨噬细胞在表型和功能方面也存在较大差异。

巨噬细胞的极化分型是按照其功能划分的。以分泌促炎因子为主，发挥促炎功能的巨噬细胞称为M1型巨噬细胞。常见的M1型巨噬细胞的表面标志有:HLA-DR、CD197 等［2］。巨噬细胞在 IFN-γ、LPS和TNF-α等因子作用下，发挥宿主防御功能，分泌 ROS、RNS、TNF-α、IL-1、IL-12、IL-23 和其他趋化因子，主要发挥针对微生物的炎症反应，发挥宿主免疫功能，也会导致机体正常组织的炎症损伤。

以发挥降低炎症反应，发挥组织修复功能为主的巨噬细胞称为M2型巨噬细胞。常见的M2型巨噬细胞的表面标志有:CD209、CD206和 CD301等［3］。巨噬细胞在 IL-4、IL-13、IL-10 和 TGF-β 等作用下，向 M2型极化，可分泌 TGF-β、VEGF、EGF等因子，尤其在炎症反应后期发挥抗炎作用，促进创伤修复和纤维变性［4］。

2 巨噬细胞极化现象与疾病的关系

巨噬细胞分型与多种疾病，如肿瘤、病毒引起的脑损伤、肥胖和肾病等存在相关性。肿瘤发展过程中，巨噬细胞经历了一场表型转换，并最终显示出一种免疫抑制相关的表型(M2型)，为肿瘤生成和转移提供了便利条件。巨噬细胞分型及其比例与一些肿瘤的预后存在相关性。如在评价肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)对经典型霍奇金淋巴瘤(CHL)预后作用的实验中，检测了 TAMs的表型，并分别以 HLADR/CD68(M1)和CD163/CD68(M2)来表示M1和M2型巨噬细胞。通过计数染色阳性的细胞数，并与TAMs的细胞数量、病人的生存期做相关性分析，发现CD163+的细胞数、M2细胞数与病人较短的总生存期显著相关，而与CD68+的细胞数仅有极低的相关性。在混合细胞型:霍奇金分类亚型中，M1细胞的数量与良好的预后呈正相关，而M2细胞的数量则与良好预后呈负相关。通过对实验数据的多元分析，发现CD163+细胞的数量、M2细胞的数量和高龄分别是较短的总生存期的独立因素。因此CD163+细胞和M2细胞可能在CHL中有利于肿瘤生长，而M1细胞可能在CHL亚型中发挥抑制肿瘤的作用［1］。

单核巨噬细胞在艾滋病和猴子免疫缺陷病毒引起的脑损伤中发挥重要作用。研究发现脑损伤的过程中有多种巨噬细胞参与，包括定居在组织的巨噬细胞(CD68+HAM56+)，血管周围的M2样巨噬细胞(CD163+CD68+MAC387-)和新浸润M1样巨噬细胞(MAC387+CD68-CD163-)［5］。

巨噬细胞的M1极化与严重肥胖和胰岛素抑制有关［6］。较肥胖的人体内脂肪组织中的巨噬细胞多为M1型巨噬细胞，其分泌IL-1β、IL-6、TNF-α 等，形成一种促炎的微环境。瘦人的巨噬细胞表现为M2型巨噬细胞［7］。肥胖相关的胰岛素抑制是一种与脂肪组织内M1促炎巨噬细胞相关的慢性轻度的炎症状态。研究发现脂肪组织巨噬细胞的极化与脂肪聚集和脂肪组织内泡沫样细胞的最终形成有关。检测皮下脂肪组织和子宫旁脂肪组织M1和M2型巨噬细胞，发现妊娠组比对照组显示出更多的巨噬细胞浸润，M1/M2比例升高［8］，提示妊娠期脂肪组织呈现炎症状态。

不同表型的巨噬细胞，在肾脏病的发展和痊愈过程中发挥不同作用。M1巨噬细胞在肾炎中有致病作用，使得它们成为理论上需要清除的靶点。而M2巨噬细胞亚群能消除炎症和修复损伤，使其成为一种有效的针对肾脏损伤的治疗工具［9］。

3 影响巨噬细胞极化的因素

巨噬细胞极化分型是机体免疫功能多样性的需要，而其极化分型则与巨噬细胞所处的微环境及疾病状态有关，多种病理产物或体内外物质均能导致巨噬细胞的极化分型。不仅尚未分型的单核细胞能在环境因素的作用下发生分型极化，已分型的M1/M2巨噬细胞还会发生分型的转换。

3.1 单核/M2巨噬细胞向M1型极化 单核细胞在GM-CSF诱导下培养可发育成M1型巨噬细胞［10］。LPS是内毒素，是炎症和M1极化的强大诱导剂［11］。MSU能诱导腹腔浸润的单核细胞向M1型巨噬细胞分化［12］。C反应蛋白(CRP)能促进单核细胞向M1巨噬细胞分化［13］。Th1型细胞因子促使单核细胞向M1型巨噬细胞分化，但在某些条件下，上调Th1细胞因子不能导致M1的活化，仅能诱导少量的NOS和COX-2产生［14］。

脂肪细胞功能失调导致巨噬细胞表型由M2型向M1型转变。脂肪细胞的凋亡能引起M2型巨噬细胞向残余脂肪垫中大量浸润。死亡的脂肪细胞启动了巨噬细胞的浸润，而活的脂肪细胞能启动或维持脂肪组织内浸润的巨噬细胞的促炎症反应［15］。与脂质代谢异常相关的动脉粥样硬化损伤也和巨噬细胞表型从抗炎的M2型向促炎的M1型转换有关［16］。

3.2 单核/M1巨噬细胞向M2型转变 单核细胞在M-CSF诱导下培养可发育成M2型巨噬细胞［10］。Th2型细胞因子促使单核细胞向M2分化［17］。

白三烯B4受体BLT-1敲除后，能升高脂肪组织巨噬细胞M2/M1的比例［18］。脂肪细胞衍生的脂联素(Adiponectin)能作用于巨噬细胞的极化，增强M2巨噬细胞表型标志的表达，抑制M1巨噬细胞标志的表达［19］。在实验性自身免疫性前列腺炎小鼠模型中，MS-275(一种组蛋白脱乙酰基酶抑制剂)诱导M1型向M2型巨噬细胞转变。通过抑制免疫细胞和促炎症反应分子，诱导抗炎免疫细胞和分子发挥抗炎作用［20］。

包括淋巴细胞在内的多种细胞能调节巨噬细胞的极化。有研究通过控制环境中的细胞因子，发现淋巴细胞衍生的细胞因子而非巨噬细胞自身固有的特性调节了巨噬细胞的极化。CD4-/-小鼠体内的巨噬细胞显示出M1巨噬细胞的特征，因此CD4+T细胞在提供细胞因子环境以调节巨噬细胞向M2极化过程中发挥重要作用［21］。B细胞能调节巨噬细胞表型向M2型极化［22，23］。多能成年祖细胞(Multipotent adult progenitor cells)诱导M1 向M2 转换［24］。

细胞因子和酶能促进巨噬细胞向M2极化。在小鼠肾脏模型中，转录因子KLF5增强CD11b+F4/80hiM2型巨噬细胞(表达CD206和CD301，促进纤维化)的积聚，减少CD11b+F4/80loM1型细胞(表达促炎细胞因子并诱导肾上皮细胞的凋亡)的聚集［3］。活化素(Activin)属于转化生长因子-β 超家族成员，主要分布于睾丸、脑和骨髓，促进促卵泡激素等多种垂体后叶激素合成与分泌，能诱导巨噬细胞从M1向M2表型转换，以此来减轻炎症的发生，由于脂肪炎症与胰岛素抑制和2型糖尿病的发病关系密切，Activin可能是通过他们的抗炎活性促进胰岛素抑制［25］。而活化素A则通过促进促炎细胞表型的表达，抑制抗炎细胞表型的表达扭转了巨噬细胞的极化［26］。TAM是环氧化酶2(COX-2)主要产生细胞。COX-2的选择性抑制剂塞来昔布，能以一种IFN-γ依赖的方式改变TAM的表型，使其由M2型向M1型转变。

药物或药物的联合应用能调节巨噬细胞的极化状态。阿奇霉素能调节巨噬细胞向M2型活化，其主要通过剂量依赖性地抑制M1型巨噬细胞标记CCR7、CCXL1和IL-12p70的基因表达和释放，但对TNF-α和IL-6的表达没有影响;同时促进M2型巨噬细胞标记 IL-10、CCL18和CD163的基因表达。阿奇霉素还通过调节TLR4信号通路下调NF-κB和STAT1的表达，其可能是通过抑制该信号通路调节人单核细胞的经典活化［28］。抗CD40单抗和 CpG寡核苷酸(Cytosine-phosphate-guanosine-containing oligodeoxynucleotide 1826，CpG-ODN)免疫治疗与多种抗肿瘤药物(长春新碱、环磷酰胺和阿霉素)化疗联合应用，能上调与M1型的巨噬细胞表型相关分子，包括 CD40、CD80、CD86、Major histocompatibility complex(MHC)classⅡ、IFN-γ、Tumour necrosis factor-α(TNF-α)和 IL-12;下调与M2型抑制巨噬细胞表型相关分子(IL-4Rα、B7-H1、IL-4和 IL-10)的表达。同时，结果也显示化疗和免疫治疗联合的抗肿瘤效应与肿瘤相关的巨噬细胞表型的复极化(Repolarization)有关［29］。

替米沙坦，是一种血管紧张素Ⅱ1型受体阻断剂和过氧化物酶体增殖物活化受体(PPAR)γ激动剂。在高脂饲养的小鼠模型中，替米沙坦降低了M1表型(CD11c、TNF-α)，显著增强了 M2表型标志(CD163、CD209)和巨噬细胞半乳糖N-乙酰基氨基半乳糖特异性凝集素(Macrophage galactose N-acetyl-galactosamine specific lectin 2，Mgl2)的基因表达。替米沙坦降低了内脏脂肪组织中M1巨噬细胞的数量。总之，替米沙坦调节了脂肪组织中的巨噬细胞向抗炎的M2型巨噬细胞极化［30］。PPARγ配体罗格列酮通过活化M2巨噬细胞极化来发挥抗胃肠道念珠菌的作用［31］。

4 巨噬细胞极化调节的分子机制

巨噬细胞极化调节主要是通过一些核内的信号蛋白发挥作用。与磷脂酰肌醇3-激酶(Phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)相关的细胞激酶和磷酸酶，能调节M1或M2巨噬细胞的活化程序［32］。在小鼠狼疮模型中，血清淀粉样P物质(SAP)与活化的淋巴细胞衍生的ALD-DNA结合能通过PI3K/Akt-ERK信号活化，转换巨噬细胞从促炎向抗炎的巨噬细胞表型极化［33］。全长脂联素(flAcrp)通过脂联素受体R2，利用一种IL-4/STAT6(Signal transducer and activator of transcription)依赖机制使RAW264.7巨噬细胞的极化向 M2/抗炎表型漂移［34］。Kruppel-like factor 4(KLF4)是巨噬细胞极化的重要调节子。KLF4在M2巨噬细胞高表达，而在M1巨噬细胞表达剧烈减少。KLF4通过阻断NF-κB与其活化所需要的辅因子(p300/CBP、PCAF)的结合，与STAT6协同诱导M2型基因程序的表达，抑制M1型基因程序的表达。而KLF4缺失的巨噬细胞表现出一种增强的促炎基因的表达，提高了杀菌活性［35］。心肌梗死后，M1/M2巨噬细胞在左心室重塑过程中发挥了不同的作用。清道夫受体SR-A通过抑制巨噬细胞向M1表型极化，减弱了M1诱导的心脏重塑，减少了IL-1β、IL-6和TNF-α的分泌，减弱了 ASK1/P38/NF-κB 信号途径［36］。在抗寄生虫感染中，一种组蛋白3(Histone 3 Lys27，H3K27)脱甲基酶(Jumonji domain containing-3，Jmjd3)介导的H3K27脱甲基化能调节M2巨噬细胞发育［37］。

信号转导及转录激活因子(Signal transducer and activator of transcription，STAT)1、干扰素调节因子(Interferon-regulatory factor，IRF)5控制 M1巨噬细胞的极化，而STAT6、IRF4和PPARγ调节M2巨噬细胞的极化［38］。通过全基因表达分析显示，外源性的干扰素调节因子IRF5能分别上调巨噬细胞的M1表型和下调M2表型［39］。细胞因子信号抑制剂(Suppressor of cytokine signaling，SOCS)1 是已分化巨噬细胞活性和功能的重要决定子，其不仅作为一个炎症的反馈抑制物，而且也是一个重要分子开关，通过调节重要的信号途径来有效规划巨噬细胞平衡的不同方面。在体外被激活的M2型巨噬细胞，显示出一种选择性的和IL-4依赖性的SOCS1上调。应用siRNA靶向敲除BMDM(Bone marrow-derived macrophage)细胞中SOCS1，显示SOCS1的表达对于IL-4诱导的M2型特征非常重要，这些特征包括较高的精氨酸酶Ⅰ/iNOS活性比例、抑制T细胞反应、减弱对IFN-γ或LPS的反应和降低SOCS3的表达。重要的是，SOCS1在维持一种增强的PI3K活性，这种活性对促进M2巨噬细胞活化非常重要。通过这种机制SOCS1控制了M2的极化。相反，对M1巨噬细胞，SOCS1不仅是促炎介质(IL-6、IL-12、MHC classⅡ和NO)的重要调节子，也抑制M1巨噬细胞中IL-10的分泌和精氨酸酶Ⅰ的活性，因为IL-10和精氨酸酶Ⅰ在一定程度上限制了M1巨噬细胞促炎反应的作用［40］。

5 小结

总之，巨噬细胞的极化现象在肿瘤、肥胖、心血管病等炎性疾病的发生发展过程中广泛存在。巨噬细胞极化的平衡失调能反映局部组织的微环境炎症状态。深入研究巨噬细胞极性分化的内在机制，对理解多种免疫相关疾病的发生发展以及治疗方面有重要意义。对巨噬细胞极化的某些关键步骤加以合理干预，扭转巨噬细胞已偏移的极化失衡，将有可能从一些新的角度来治疗多种免疫相关疾病。

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