巨噬细胞表型与肾损伤修复的研究进展

耿燕秋 综述 张 利，陈香美 审校

巨噬细胞表型与肾损伤修复的研究进展

耿燕秋1,2综述 张 利1，陈香美1审校

巨噬细胞；活化；肾脏；损伤

单核巨噬细胞系统在免疫介导的肾病和宿主防御中发挥着重要作用，它与组织损伤的诱导、纤维化及损伤后修复密切相关，并决定着免疫反应的结局，表明巨噬细胞具有异质性。为此笔者对近年来关于肾损伤后的免疫反应及不同表型巨噬细胞在肾损伤和修复过程中发挥的作用研究。

1 巨噬细胞起源和异质性

巨噬细胞是机体内重要的吞噬和抗原提呈细胞，也是造血系统中最古老的细胞类型，哺乳动物的巨噬细胞与数百万年前的马蹄形蟹循环中的变形虫状细胞十分相似。骨髓干细胞在多集落刺激因子、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子等的刺激下发育成为单核母细胞，并进一步分化成为前单核细胞，释放入血后成为成熟的单核细胞。单核细胞在趋化因子和细胞黏附分子等的作用下穿过血管内皮，迁移到不同组织，就分化成为组织特异性的巨噬细胞。

巨噬细胞具有异质性，在组织稳态、炎性反应、损伤修复及肿瘤等微环境中发挥着不同的功能。巨噬细胞可极化为两种表型：经典活化的M1型巨噬细胞和选择性活化的M2型巨噬细胞[1]。M1型巨噬细胞在革兰阴性杆菌细胞壁主要成分脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)、TH1型细胞因子干扰素-γ(interferon-γ，IFN-γ)的诱导下生成，可分泌肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)、白细胞介素-1 (interleukin-1， IL-1)、白细胞介素-6(interleukin-6, IL-6)、白细胞介素-12(interleukin-12, IL-12)等炎性因子、巨噬细胞趋化蛋白-1(monocyte chemotactic protein-1，MCP-1)，CC亚族趋化因子(CCL2，CCL3，CCL4，CCL20/MIP-3a)，以及活性氧(reactive oxygen species, ROS)和一氧化氮(nitric oxide, NO)等细胞因子，导致炎性和免疫损伤。常见的M1型巨噬细胞的表面标志有CD86、主要组织相容性复合体Ⅱ(major histocompatibility complex Ⅱ, MHCⅡ)和白细胞介素-1受体(interleukin-1 receptor，IL-1R)等[2]。TH2型细胞因子白细胞介素-4(interleukin-4, IL-4)刺激巨噬细胞后的系列反应使人们认识到巨噬细胞M2表型的存在。现已明确，巨噬细胞可以在IL-4、IL-13、免疫复合物和IL-10的作用下向M2型极化，分泌转化生长因子-β (transforming growth factor-β, TGF-β)、胰岛素样生长因子(insulin-like growth factors, IGF)和白细胞介素-10(interleukin-10, IL-10)等因子，降低炎性反应，促进组织修复。M2型巨噬细胞具有更强的吞噬功能，可通过精氨酸酶通路产生大量鸟氨酸和多胺,并具有免疫调节的作用[3]。M2型巨噬细胞参与TH2型反应，协助清除坏死组织、抑制炎性反应、促进组织重构和影响肿瘤的发生发展。常见的M2型巨噬细胞的表面标志有: CD206、CD209和CD301等[4]。

2 巨噬细胞决定组织损伤和修复的结局

巨噬细胞在组织修复和重建中是发挥有益还是有害的作用，取决于局部微环境炎性状态所控制的巨噬细胞表型，并由其决定着损伤的进展和结局。

在损伤的早期，组织浸润的巨噬细胞以M1型为主，此时清除巨噬细胞使损伤减轻。如在实验性急性肾损伤中，使用抗巨噬细胞血清或氯屈膦酸二钠脂质体非选择性地清除巨噬细胞，肾脏的炎性反应和纤维化进程也随之中止[5]。使用亚致死量的照射完全清除巨噬细胞后，损伤肾脏的巨噬细胞浸润减少，纤维化的程度也随之减轻。

与之相对应的是，M2型巨噬细胞作用于组织损伤的修复阶段，此时清除巨噬细胞可使损伤加重，如白喉毒素转基因表达的方法选择性清除巨噬细胞，验证了瘢痕相关巨噬细胞在肝脏损伤后的痊愈反应中发挥着重要作用[6]。实验性肝脏纤维化的痊愈反应离不开巨噬细胞，巨噬细胞参与调节星状细胞的增殖[7]。它可通过刺激肌源性前体细胞释放营养因子促进损伤肌肉的再生，Arnold等[8]使用体内示踪技术，证明巨噬细胞最初募集到骨骼肌，并在微环境的作用下转化为具有抗炎作用的M2表型。M2型巨噬细胞及其分泌的具有营养作用的因子可以作用于多种器官损伤的重建和细胞恢复过程[9]。在血吸虫属感染中，M2巨噬细胞通过下调Th1反应进而减弱器官损害[10]。M2偏移效应已在Src同源2-含肌醇-5′-磷酸酶-基因敲除的小鼠(SHIP-null) 研究中使用[11]。SHIP对内毒素耐受是必要的；它缓冲LPS诱导的骨髓来源的巨噬细胞的M1活化。SHIP基因敲除小鼠来源的巨噬细胞表现高表达精氨酸酶1水平的M2表型，并在分化时需要TGF-β的环境。

3 巨噬细胞与肾损伤后的免疫反应

免疫介导的肾脏病的进展包括局部浸润的T细胞、树突状细胞和巨噬细胞间的相互作用，这也是肾小球疾病的重要免疫发病机制。T细胞的活化依赖存在于次要淋巴器官的树突状细胞和肾脏固有的树突状细胞[12]。同种异体肾移植排斥反应是T细胞依赖的过程，通过细胞毒的机制并通过T细胞活化和巨噬细胞的效应器功能导致移植物损伤[13]。Tipping和Holdsworth[14]证实CD4+Th1细胞和巨噬细胞在实验性肾小球肾炎新月体形成的迟发型超敏反应机制中发挥重要作用。T细胞应答能够启动超敏免疫反应，并刺激巨噬细胞产生促炎的损伤介质。在之后的损伤中，巨噬细胞是导致纤维化进展和瘢痕形成的主体。

巨噬细胞促进肾脏的纤维化，几乎所有的肾小球和间质小管疾病均以巨噬细胞的浸润为特征。巨噬细胞的浸润在人类慢性肾脏病中很常见，其程度与肾损伤的严重程度具有相关性。以往认为，巨噬细胞在肾脏发挥调节免疫反应和(或)处理残骸和凋亡细胞的作用，是肾脏损伤的必然结果。目前，越来越多的研究发现，随着损伤时间的延长，巨噬细胞还可促进多种与损伤修复相关的生长因子的生成。

TGF-β家族是目前研究最广泛的与肾脏纤维化相关的巨噬细胞来源的因子。巨噬细胞、肾小管上皮细胞和肌纤维母细胞都能在肾脏纤维化损害的不同时期合成TGF-β[15]。去除巨噬细胞可以显著减弱纤维化，提示巨噬细胞是TGF-β生成的主体。一旦活化，TGF-β信号通过跨膜受体激活调节包括那些编码胶原的重要的靶基因转录的Smad蛋白。在肾脏，巨噬细胞衍生的TGF-β可以通过旁分泌活化并产生肌纤维母细胞和加速小管上皮细胞转分化为肌纤维母细胞，从而加速纤维化的发生[16]。TGF-β诱导ECM在下游的积聚，通常被认为是有害的。但是，巨噬细胞自身可以合成和分泌胶原。TGF-β还可以灭活巨噬细胞，并诱导组织稳定过程，抗炎巨噬细胞表型以产生Ⅵ型胶原为特征[17]。

4 巨噬细胞在肾损伤及修复中的双重作用

啮齿类动物的研究提示巨噬细胞具有效应器的功能，并已在IgA肾病和狼疮性肾炎等疾病中得到证实。巨噬细胞决定着肾脏病的进展。在抗肾小球基底膜病和嘌呤霉素肾炎及Heymann肾炎中，使用放射、巨噬细胞血清、脂质体包裹等延误或阻断巨噬细胞趋化因子受体的方法耗竭巨噬细胞，可以减轻蛋白尿和肾脏组织损伤。在抗-肾小球基底膜抗体肾炎中，过继转移巨噬细胞可诱导蛋白尿和肾小球系膜细胞增殖[18]。在阿霉素肾病模型中，给予LPS活化的巨噬细胞可以加重肾脏损伤[19]。在肾小球肾炎[20]、同种异体肾移植[21]和间质纤维化等[22]肾脏疾病模型的研究中，运用调节巨噬细胞表型和功能的方法减轻肾脏损伤已相继被报道。巨噬细胞在肾脏炎性反应的损伤和修复阶段发挥不同的作用。Lee等[23]验证了预处理的单核细胞/巨噬细胞对肾脏缺血再灌注病程的改变。在功能缺失研究中，损伤开始时清除巨噬细胞具有保护作用，在修复阶段清除巨噬细胞使损伤加重。在功能获得研究中，将募集到损伤肾脏的巨噬细胞进行预处理，过继转移INF-γ处理的巨噬细胞表现为M1型并使损伤加重，过继转移损伤修复表型的巨噬细胞则具有保护作用。早期损伤的肾脏可发现典型的M1巨噬细胞表面标志物诸如一氧化氮合酶2，修复阶段可发现典型的M2巨噬细胞表面标志物如甘露糖受体表达。示踪M1预处理的巨噬细胞过继转移的经过，可发现随时间活化的M2表面标志物甘露糖受体和精氨酸酶的表型转化。M2预处理的巨噬细胞在体内和体外具有刺激肾小管上皮细胞增殖的能力。因此，在缺血损伤的肾脏修复时，巨噬细胞具有包括刺激肾小管上皮细胞增殖的再生功能。这与以往在缺血再灌注损伤的修复阶段去除巨噬细胞或单核细胞来源的树突状细胞，将产生有害的结果的研究结果一致[24]。

5 M2型巨噬细胞对肾的保护机制

M2型巨噬细胞发挥肾脏保护作用潜在机制包括：活化巨噬细胞、CD4+T细胞和CD8+T 细胞的效应。M2巨噬细胞还可以抑制经典活化的M1巨噬细胞，表现为减少促炎因子和iNOS的产生[25]。巨噬细胞介导的保护作用还包括吞噬受损细胞和细胞废墟。证明M2巨噬细胞保护免疫缺陷的阿霉素肾病鼠的损伤研究提示巨噬细胞发挥作用是独立于淋巴细胞的[26]。

Wilson等[27]使用过继转移的方法，将体外预处理的M2型巨噬细胞注射到慢性炎性肾脏疾病的小鼠体内，可以减轻肾脏损伤和促进修复。脾脏的巨噬细胞被IL-4/IL-13刺激后，在疾病起始阶段注射到动物体内，发现可以使宿主浸润的巨噬细胞下调炎性细胞因子和趋化因子的表达[27]。因此，移植的巨噬细胞的保护作用与宿主的巨噬细胞极化为M2表型相关，也支持了肾小球肾炎模型的相关研究[28]。在大鼠中毒性肾炎模型中，巨噬细胞的转换使用NF-κB抑制剂导致肾小球iNOS和MHC Ⅱ表达的减少[28]。虽然注射的抗炎巨噬细胞仅占肾小球巨噬细胞的15%，他们仍可显著减少宿主巨噬细胞在肾小球的浸润和活化，使肾脏损伤减轻[27]。

M2型巨噬细胞产生抗炎细胞因子，抑制效应淋巴细胞的功能和增殖。体外研究证实M2型巨噬细胞可以抑制CD4+的T细胞的增殖[25]，且这一抑制作用可以被抗IL-10，TGF-β或共刺激分子B7-H4的中和抗体部分阻断。在体内和体外，M2型巨噬细胞将CD4+CD25-的T细胞转化为Foxp3+的T细胞。通过高水平的表达B7-H4，M2型巨噬细胞将幼稚的T细胞转化为调节性T细胞，并抑制CD8+T细胞介导的对小管细胞的毒性作用。M2则以大量分泌IL-10为特点。Jung 等[28]在缺血再灌注所致的大鼠急性肾损伤中，给予过表达IL-10的骨髓来源的单核巨噬细胞，使急性肾损伤得到改善。

巨噬细胞是肾损伤与修复中的关键免疫细胞。巨噬细胞的表型具有可塑性，在不同的微环境作用下，它能够极化为诱导组织损伤或促进损伤修复的两种截然不同的功能状态。越来越多的研究表明，以巨噬细胞及其功能为靶点的治疗对不同类型的肾脏疾病均具有改善作用。随着细胞治疗时代的到来，通过输入预处理的单核巨噬细胞来干预机体损伤及炎性反应将成为可能，涉及转运巨噬细胞因子IL-10到肾脏或激活巨噬细胞Wnt信号通路也或许可以成为治疗肾脏疾病的潜在手段。

[1] Laoui D, Movahedi K, Van Overmeire E,etal. Tumor-associated macrophages in breast cancer: distinct subsets,distinct functions[J]. Int J Dev Biol, 2011,55(7): 861-867.

[2] Mueller C K, Schultze Mosgau S. Histomorphometric analysis of the phenotypical differentiation of recruited macrophages following subcutaneous implantation of an allogenous acellular dermal matrix[J].Int J Oral Maxillofac Surg, 2011, 40 (4) :401-407.

[3] Gabrilovich D I, Nagaraj S. Myeloid-derived suppressor cells as regulators of the immune system[J]. Nat Rev Immunol, 2009, 9(3): 162-174.

[4] Fujiu K, Manabe I, Nagai R. Renal collecting duct epithelial cells regulate inflammation in tubulointerstitial damage in mice[J]. J Clin Invest, 2011, 121(9) :3425-3441.

[5] Ko G J, Boo C S, Jo S K,etal. Macrophages contribute to the development of renal fibrosis following ischaemia/reperfusion-induced acute kidney injury[J]. Nephrol Dial Transplant, 2008, 23(3):842-852.

[6] Duffield J S, Tipping P G, Kipari T,etal. Conditional ablation of macrophages halts progression of crescentic glomerulonephritis[J]. Am J Pathol, 2005, 167(5):1207-1219.

[7] Friedman S L. Mac the knife? Macrophages-the double-edged sword of hepatic fibrosis[J]. J Clin Invest, 2005,115(1):29-32.

[8] Arnold L, Henry A, Poron F,etal. Inflammatory monocytes recruited after skeletal muscle injury switch into antiinflammatory macrophages to support myogenesis[J]. J Exp Med, 2007, 204 (5) :1057-1069.

[9] Pull S L, Doherty J M, Mills J C,etal. Activated macrophages are an adaptive element of the colonic epithelial progenitor niche necessary for regenerative responses to injury[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2005, 102(1):99-104.

[10] Herbert D R, Hölscher C, Mohrs M,etal. Alternative macrophage activation is essential for survival during schistosomiasis and downmodulates T helper 1 responses and immunopathology[J]. Immunity, 2004, 20(5):623-635.

[11] Rauh, M J, Ho V, Pereira C,etal. SHIP represses the generation of alternatively activated macrophages[J]. Immunity, 2005, 23(4):361-374.

[12] Kurts C, Heymann F, Lukacs-Kornek V,etal. Role of T cells and dendritic cells in glomerular immunopathology[J]. Semin Immunopathol, 2007, 29(4):317-335

[13] Wyburn K. Macrophage-derived interleukin-18 in experimental renal allograft rejection[J]. Nephrol Dial Transplant, 2005, 20(4):699-706.

[14] Tipping P G, Holdsworth S R. T cells in crescentic glomerulonephritis[J]. J Am Soc Nephrol, 2006, 17(5):1253-1263.

[15] Eddy A A. Progression in chronic kidney disease[J]. Adv Chronic Kidney Dis, 2005, 12(4):353-365.

[16] Li J, Campanale N V, Liang R J,etal. Inhibition of p38 mitogen-activated protein kinase and transforming growth factor-beta1/Smad signaling pathways modulates the development of fibrosis in adriamycin-induced nephropathy[J]. Am J Pathol, 2006, 169(5):1527-1540.

[17] Schnoor M, Cullen P, Lorkowski J,etal. Production of type VI collagen by human macrophages: a new dimension in macrophage functional heterogeneity[J]. J Immunol, 2008, 180(8):5707-5719.

[18] Ikezumi Y, Hurst L A, Masaki T,etal. Adoptive transfer studies demonstrate that macrophages can induce proteinuria and mesangial cell proliferation[J]. Kidney Int, 2003, 63(1): 83-95.

[19] Wang Y, Wang Y, Cao Q,etal. By homing to the kidney, activated macrophages potently exacerbate renal injury[J]. Am J Pathol, 2008, 172(6): 1491-1499.

[20] Anders H J, Frink M, Linde Y,etal. CC chemokine ligand 5/RANTES chemokine antagonists aggravate glomerulonephritis despite reduction of glomerular leukocyte infiltration[J]. J Immunol, 2003, 170(11):5658-5666.

[21] Yang J, Reutzel Selke A, Steier C,etal. Targeting of macrophage activity by adenovirus-mediated intragraft overexpression of TNFRp55-Ig, IL-12p40, and vIL-10 ameliorates adenovirus-mediated chronic graft injury, whereas stimulation of macrophages by overexpression of IFN-gamma accelerates chronic graft injury in a rat renal allograft model[J]. J Am Soc Nephrol, 2003, 14(1):214-225.

[22] Nishida M, Okumura Y, Fujimoto S,etal. Adoptive transfer of macrophages ameliorates renal fibrosis in mice[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2005, 332(1):11-16.

[23] Lee S, Huen S, Nishio H,etal. Distinct macrophage phenotypes contribute to kidney injury and repair[J]. J Am Soc Nephrol, 2011, 22(2): 317-326.

[24] Lin S L, Li B, Rao S,etal. Macrophage Wnt7b is critical for kidney repair and regeneration[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2010, 107(9): 4194- 4199.

[25] Cao Q, Wang Y, Zheng D,etal. IL-10/TGFβ-modified macrophages induce regulatory T cells and protect against murine Adriamycin nephrosis[J]. J Am Soc Nephrol, 2010, 21(6):939-942

[26] Wang Y, Wang Y P, Zheng G,etal. Ex vivo programmed macrophages ameliorate experimental chronic inflammatory renal disease[J]. Kidney Int, 2007, 72(3): 290-299.

[27] Wilson H M, Chettibi S, Jobin C,etal. Inhibition of macrophage nuclear factor-kappaB leads to a dominant antiinflammatory phenotype that attenuates glomerular inflammation in vivo[J]. Am J Pathol, 2005, 167(1):27-37.

[28] Jung M, Sola A, Hughes J,etal. Infusion of IL-10 expressing cells protects against renal ischemia through induction of lipocalin-2. Kidney Int ,2012 , 81(10): 969-982 .

(2013-09-11收稿 2014-02-19修回)

(责任编辑 郭 青)

本刊“临床病例讨论”栏目征稿通知

为了贯彻“面向部队，服务基层”的办刊宗旨，加强不同层次医疗机构临床实践交流，帮助基层医师学习和了解先进教学医院和知名专家对疾病的临床诊治思路,提高基层卫生机构的临床业务水平。本刊于2012年开辟“临床病例讨论”栏目，报道武警部队各级医院及重点学科临床工作中遇到的疑难和典型病例，以及基层卫生队经过多学科专家远程会诊得以成功治疗的典型病例。会诊专家需署名(如无外请专家，也可署本院科主任名)，格式如：张某某医师(肝胆科)。具体行文格式参考本栏目已发表的论文格式。全文字数3800或6500左右。 来稿请在右上角标注“临床病例讨论”。本栏目所录稿件为原创性临床研究论文，欢迎广大临床医师踊跃投稿！

武警医学编辑部

2014年1月

国家重点基础研究发展973计划(2011CB964904, 2011CB944000), 国家自然科学基金(81170643)，军队“十二五”课题(BWS11J027)

耿燕秋，博士,主治医师，E-mail: 13511005258@163.com

1. 100853北京，解放军总医院解放军医学院；肾脏疾病国家重点实验室；2.100039北京，武警总医院肾内科

陈香美，E-mail: xmchen301@126.com

R392.12