巨噬细胞对2型糖尿病免疫炎性反应作用的研究进展*

吴 红 综述，梁尚栋 审校

(南昌大学医学院生理学教研室，南昌 330006)

·综 述·

巨噬细胞对2型糖尿病免疫炎性反应作用的研究进展*

吴 红 综述，梁尚栋△审校

(南昌大学医学院生理学教研室，南昌 330006)

糖尿病，2型；巨噬细胞；免疫炎性反应；细胞因子；嘌呤受体

巨噬细胞在机体先天性免疫及适应性免疫过程中均发挥着重要作用，它会对不同微环境下的信号做出反应，分化或激活成明显具有组织特异性的亚型，其两种激活方式分别为经典活化型(classically activated，M1型)和替代活化型(alternatively activated，M2型)，与此相平行适应的是适应性免疫细胞Th1和Th2的分化[1-2]。正常状态下，组织中既有M1型巨噬细胞，也有M2型巨噬细胞，两者保持动态平衡。2型糖尿病(T2DM)患者可诱导巨噬细胞产生炎症因子激活补体，同时诱导内皮细胞产生黏附因子，使内皮功能受损，加速炎性反应过程[3]。因此，免疫炎性反应影响T2DM的病理变化，巨噬细胞分泌的细胞因子及抗原提呈等作用可影响T2DM的发病及进展。本文拟从免疫炎性反应在T2DM发病中的作用、巨噬细胞在影响T2DM病程中所涉及的细胞因子及嘌呤受体介导的机制方面进行综述。

1 免疫炎性反应在T2DM发病中的作用

胰腺β细胞功能障碍是机体对胰岛素抵抗失代偿的关键,构成了糖尿病发生发展的核心。炎症可通过多环节直接损伤β细胞功能甚至促进β细胞死亡。炎症和趋化因子对胰腺β细胞功能的慢性损伤是T2DM患者渐进性β细胞衰竭的关键。过度表达的INF-γ、TNF-a、IL-1β等均可激活胰腺β细胞中的核因子-κB(NF-κB),促进炎症介导的细胞调亡[4]。炎症还可损伤线粒体、葡萄糖激酶以及葡萄糖转运因子(GLUT2)的功能、触发氧化应激反应、促发内质网应激等,最终导致葡萄糖刺激的胰岛素分泌障碍,甚至β细胞凋亡。炎症、趋化因子募集免疫细胞的间接破坏作用也是T2DM胰腺自身免疫反应性β细胞杀伤作用的基础。促炎症的Th1与抗炎症的Th2之间的比例功能平衡是维持免疫稳态、避免自身免疫性及慢性炎症性疾病的基础，而纠正Th1/Th2细胞比例的平衡即可有效逆转肥胖相关的慢性炎症以及胰岛素抵抗状态[5]。

2 巨噬细胞诱导细胞因子及胰腺β细胞功能障碍导致T2DM的发生

2.1 巨噬细胞与胰腺β细胞功能障碍在T2DM的发病机制中具有重要作用 有学者认为T2DM的发病机制是由凋亡相关分子Fas和Fas配体不能有效地抑制调节性T细胞(Tregs)从而在Th1/Th2的免疫反应上发生偏差或导致胰腺β细胞的耐受出现抑制[6]。T2DM患者除胰腺β细胞功能存在缺陷外，其体内还存在多种细胞功能障碍，包括脂肪细胞、血管内皮细胞、淋巴细胞、中性粒细胞、单核巨噬细胞等，造成瘦素、脂联素、抵抗素、TNF、IL等多种激素和细胞因子的分泌异常。研究证明脂肪细胞分泌功能障碍可引起慢性低度炎症，导致全身代谢紊乱及功能障碍[7]。同时，T2DM患者胰腺β细胞、骨骼肌细胞、单核巨噬细胞等组织细胞普遍存在高血糖、炎性反应、缺氧、缺血等应激因素的作用，导致内质网应激反应明显，影响蛋白质的合成及空间折叠，进而损害细胞功能或诱导炎症细胞因子分泌增加[8-10]。

2.2 巨噬细胞在T2DM中所涉及的炎症细胞因子 在巨噬细胞激活为M1型或M2型的同时，可产生不同性质的炎症细胞因子。其中，M1型以促炎症细胞因子为主(如TNF-α)，而M2型则产生抗炎症细胞因子(如IL-10)。越来越多的证据表明低度炎症状态与肥胖、胰岛素抵抗、T2DM及代谢综合征共存，并与它们的发展有关联[11]。研究发现TNF-α在调节机体组织糖、脂肪代谢中起重要作用。TNF-α可直接抑制脂肪、肌肉细胞膜上的葡萄糖转运蛋白，使其表达减少、功能减退。肥胖者的脂肪组织及其他细胞中TNF-α的mRNA和蛋白表达水平均显著高于健康者,说明TNF-α通过促进脂肪分解引起血浆游离脂肪酸水平升高,并抑制胰岛素受体,降低胰岛素作用,从而导致胰岛素抵抗[12]。IL-10是与肥胖及T2DM相关的主要抗炎症细胞因子，可抑制T2DM高血糖及其他炎症因子的水平，如IL-10可以保护脂肪细胞免受TNF-α的损伤，这可能对T2DM的发病具有一定的保护作用[13]。研究发现人、小鼠和猪的部分免疫细胞(如单核细胞、巨噬细胞、T淋巴细胞)均能在病原体被消灭后合成IL-10蛋白。IL-10蛋白可抑制其所在免疫细胞的部分基因表达，使其不能继续指导合成攻击病原体的蛋白[14]。

2.3 炎性反应和自身免疫反应的双重作用导致胰腺β细胞凋亡 炎症因子广泛参与了糖尿病所致血管损伤的系列病理过程，如黏附分子表达增加、趋化因子的释放、单核细胞募集、白细胞黏附及迁移、巨噬细胞摄取氧化型低密度脂蛋白、巨噬细胞活化、泡沫细胞形成、活化的单核细胞释放一系列细胞因子、平滑肌细胞迁移和增殖等，最终形成血管粥样斑块[15]。T2DM作为自身免疫性疾病，由肥胖相关的慢性脂肪组织炎症和由高糖高脂诱导的β细胞应激状态均可引发机体发生病理改变，提供激活先天性免疫和适应性免疫的危险信号从而引起免疫炎性反应[16]。高血糖症将提高胰腺β细胞抗原(如GAD)的表达，于是β细胞容易受到自身抗体(如抗-GAD)的攻击，而抗-GAD抗体是T2DM中最常见的抗体之一[17]。在胰腺β细胞表面，CD8+T细胞可通过与主要组织相容性复合物Ⅰ(MHC-Ⅰ)分子结合而产生细胞毒素。T细胞和巨噬细胞通过自分泌作用和旁分泌作用释放炎症细胞因子将胰腺炎性反应进一步扩大。在炎性反应和自身免疫反应的双重作用下导致胰腺β细胞凋亡[18]，进一步减少了胰岛素的分泌，加重高血糖症。

3 巨噬细胞在T2DM的调控作用及其嘌呤信号转导机制

3.1 嘌呤受体兴奋引起巨噬细胞的活化从而激活不同的信号通路 广泛存在于细胞外的ATP可影响一系列生理病理反应，诸如趋化因子信号的产生、不同免疫细胞的激活、炎症细胞的迁移增殖分化及释放不同炎症介质等[19]。炎症状态下，ATP可从应激细胞或死亡细胞中释放到细胞外，通过与细胞膜上的不同嘌呤受体(如P2X7受体)结合发挥不同的生理或病理作用[20]。细胞外的ATP可激活巨噬细胞上的P2X7受体，介导细胞内的K+外流，诱导NF-κB介导的caspase-1活化。在caspase-1的酶切作用下IL-1β前体蛋白转变为成熟体，分泌溶酶体内的IL-1β释放到细胞质中[21]。此外，P2X7离子通道受体的开放，引起Ca2+大量内流，胞内Ca2+浓度升高可使钙调素依赖性蛋白激酶Ⅱ和Ca2+依赖性磷脂酶A2激活，诱发分泌性溶酶体内的IL-1β成熟体蛋白释放至细胞质。P2X7受体参与炎症体形成和caspase激活过程。敲除P2X7受体后的小鼠腹腔巨噬细胞，ATP刺激不能释放IL-1β；P2X7基因敲除小鼠体内产生细胞因子的信号途径同样受损。这些结果表明P2X7受体激活所提供的信号可影响IL-1β成熟释放和细胞因子的激活[22]。巨噬细胞产生并分泌的IL-1β是IL-1 家族中最重要的细胞因子，它可在机体感染、损伤及免疫应答中起重要作用，同时也是急、慢性炎性反应的主要介导因子[21]。因此，在免疫炎性反应过程中，释放到细胞外的ATP与嘌呤受体的结合能够引起巨噬细胞的活化，活化的巨噬细胞激活不同的信号通路促进或抑制免疫炎性反应。

3.2 巨噬细胞来源的ATP/腺苷可通过调节巨噬细胞的激活方式维持组织的稳态 虽然体内存在不同的巨噬细胞亚型，但由炎症M1型巨噬细胞转向调控性M2型巨噬细胞的潜在机制尚未明了，有学者认为巨噬细胞的这种转变取决于其激活状态时所处的程序[23]。组织中的巨噬细胞在细胞代谢中主要依赖于糖酵解，因此糖酵解在巨噬细胞炎性反应中扮演着关键角色。细胞内糖酵解产生ATP，TLR激活巨噬细胞导致糖酵解来源的ATP通过巨噬细胞泛连接蛋白-1(pannexin-1)通路释放到细胞外。胞外ATP是损伤相关分子，它通过作用于巨噬细胞P2X7受体使其释放促炎性反应介质，产生NLRP3，导致炎症细胞因子激活[24]。在数小时的刺激下，巨噬细胞可通过CD39快速水解胞外ATP并将其完全转化为腺苷。低浓度的胞外ATP可将巨噬细胞的极化状态由炎症转向调控激活状态，在此期间释放及水解ATP。TLR激活的巨噬细胞同时经历转录程序，发展为调控激活状态。来源于胞外ATP降解的腺苷可明显抑制TNF-α和IL-12的合成，并提高IL-10的表达，这也是低浓度的胞外ATP调控型巨噬细胞激活的显著特点。更为重要的是ATP降解产生腺苷类嘌呤物质可上调一系列免疫调控因子，包括亲肝素性上皮生长因子 (heparin binding epidermal growth factor，HB-EGF)、鞘氨醇激酶1 (sphingosine kinase 1，Sphk1)、IL-33。但 ATP降解产生腺苷不能上调Fizz1(found in inflammatory zone)和甘露醇受体[25]。这些结果表明ATP/腺苷是有选择地调控巨噬细胞的激活。

3.3 巨噬细胞调控T2DM的发生及发展进程 研究发现T2DM的病理进程常伴随着局部组织炎症，其显著特征就是巨噬细胞浸润。多种T2DM动物模型均可出现不同程度的胰腺炎症，浸润的巨噬细胞会随着其胰腺中IL-1β表达量增加而增多。在病原相关分子模式 PAMP)或损伤相关分子模式(DAMP)的作用下，ATP可从应激状态下的胰腺β细胞中释放，ATP通过一系列“寻找自我(find me)”信号(细胞趋化作用)招募巨噬细胞到应激的胰腺β细胞周围[21]。ATP与巨噬细胞的嘌呤受体结合产生一系列级联反应，释放促炎症细胞因子(如IL-1β)，而随着IL-1β的升高又进一步诱使巨噬细胞聚集，将胰腺的炎性反应进一步扩大。同时IL-1β上调细胞Fas的表达，激活T细胞通过死亡域信号诱导胰腺β细胞凋亡[18]，导致胰腺功能受损。如果巨噬细胞通过CD39快速水解胞外ATP，使胞外ATP完全转化为腺苷，腺苷可明显抑制TNF-α和IL-12的合成，提高抗炎症细胞因子IL-10的表达。低浓度的胞外ATP迅速降解为腺苷后可将巨噬细胞的极化状态由炎症转向调控激活状态，促进胰腺功能的修复。

4 结论与展望

综上所述，巨噬细胞作为先天性免疫和适应性免疫的重要参与者，可通过分泌细胞因子及抗原提呈等作用影响并调控免疫炎性反应的进程，特别是巨噬细胞不同激活方式形成的M1型或M2型将直接决定炎性反应的最终结果。虽然T2DM发病的具体机制尚未完全明确，但由巨噬细胞在免疫炎性反应中的调控作用及ATP/腺苷介导的嘌呤信号转导机制可在一定程度上影响其病情的进程。调节炎性反应过程中的巨噬细胞功能或影响ATP/腺苷介导的嘌呤信号转导通路是否可改善T2DM患者的临床症状，由此途径将对T2DM的临床免疫炎症治疗开辟新的思路。

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10.3969/j.issn.1671-8348.2015.27.041

国家自然科学基金资助项目(81171184,31060139,30860086)；第二批江西省“赣鄱英才555工程”领军人才项目；江西省教育厅科技项目(GJJ13155)。

：吴红(1975-)，在读博士，副主任技师，主要从事血液生理学与病理生理学。△

，E-mail:liangsd88@163.com。

R587.1;R589

A

1671-8348(2015)27-3861-03

2015-03-10

2015-06-18)