巨噬细胞极化及其调控因素

夏伟畅，周敬群

(三峡大学第二临床医学院心血管内科，湖北 宜昌 443000)

·综 述·

巨噬细胞极化及其调控因素

夏伟畅，周敬群

(三峡大学第二临床医学院心血管内科，湖北 宜昌 443000)

巨噬细胞是具有异质性的免疫细胞，在免疫应答、炎症反应、维持内环境稳定中都发挥着极其重要的作用。在不同微环境下，巨噬细胞可发生表型和功能的极化现象从而呈现出不同的特征。目前认为，多种因素能够调控巨噬细胞失衡的极化状态，因此，本文就巨噬细胞分化起源及其调控因素的最新发现进行综述。

巨噬细胞；极化；调控因素；起源

表型可变性和功能多样性是吞噬细胞的重要特征。近年来的研究认为，巨噬细胞根据其辅助T细胞的不同可分为经典活化型(M1型)和选择活化型(M2型)。M1型巨噬细胞以吞噬杀菌，释放炎症因子，发挥促炎作用为主。M2型巨噬细胞以降低炎症反应，发挥组织修复功能为主。M1型和M2型巨噬细胞在特定的微环境下可以互相转换[1]。在影响巨噬细胞极化过程中有许多关键的转化因素，像信号传导子和转录激活子(STATs)，干扰调节因子(IRFs)、核因子(NF-κB)、激活蛋白(AP1)、过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR-γ)还有反应元件结合蛋白(CREB)等，它们之间的相互作用可调控巨噬细胞的表型。

1 巨噬细胞的发现以及分型的提出

1905年Elie Metchnikoff首次发现巨噬细胞并确认了其消除病原体的作用，他在研究中发现来自感染动物的巨噬细胞具有更强的杀菌能力，从而提出了巨噬细胞激活的概念[2]。随着60多年的不断研究，巨噬细胞杀灭菌体的机制逐渐被阐明，但感染动物的巨噬细胞具有更强的杀菌能力的原因并未明确。后来，淋巴球产生的干扰素-γ(IFN-γ)被认为是巨噬细胞和淋巴细胞之间相互作用的首要因素[3]。它能把休眠的巨噬细胞转换成具有很强的抗原呈递能力和补体介导能力的吞噬细胞，使其像有毒介质一样分泌更多的促炎因子。这种杀菌的巨噬细胞就是大家熟知的经典活化的巨噬细胞(M1)。在1989年，随着辅助性T细胞(Th)的异质性这一研究结果的出现，Mosrnann等[4]提出了Th1和Th2的概念。一年后，Abramson等[5]发现主要由Th2细胞产生的白介素4(IL-4)可以将巨噬细胞转化成一种不同于IFN-γ介导的特别活性状态，与此同时主要组织相容性复合体Ⅱ(MHC-Ⅱ)表达提高。1922年随着IL-4/IL-13激活巨噬细胞使其甘露醇受体的上调，加上MHC-Ⅱ的表达增强，选择性的活化巨噬细胞(M2)被首次提出[6]。

2 影响巨噬细胞极化的转录因子和信号通路

Notch通路在巨噬细胞极化中控制基因的表达，从而调节免疫应答。骨髓衍生的巨噬细胞在LPS和TOLL样受体的刺激下激活Notch1和NF-γB，从而使M1型巨噬细胞极化。在转录水平上，染色体免疫共沉淀测序显示，NICD1绑定M1型巨噬细胞基因转录起始部位的Nos2、Tnf、IL-17rc等片段[7]。并且还显示，NICD 1多聚集在M1型巨噬细胞近端启动子Nos2和Tnf-α附近。在翻译水平上，Notch信号结合TLR4通路是通过NF-γB诱导了转录因子IRF8(M1型巨噬细胞活化的一个重要因素)的翻译[8]，如MBP(麦芽糖结合蛋白)[9]可以通过上调TLR2和TLR4从而使M1型巨噬细胞活化。以上这些研究证明通过NICD1反式激活M1型基因从而导致Notch1激活的效应，很可能是Notch1-依赖的M1极化的一个分子机制[10]。也有学者认为，NICD是通过与特定序列DNA结合因子RBP-J结合从而形成一个复杂的目的基因转录激活。近期有研究进一步发现RBP-J介导的Notch信号是通过SOCS3来调节巨噬细胞M1、M2型极化[11]。此外，IRF5与M1型巨噬细胞极化相关，可以在动脉粥样硬化中被炎症刺激[12]，如iNOS来源的NO介导IRF5蛋白的酪氨酸残基的硝化，导致IRF5靶向M1巨噬细胞信号基因活化被抑制[13]。

JAK-STAT信号通路是近年来被发现的一条由细胞因子刺激介导的信号转导通路，参与了包括细胞的增殖、分化、凋亡以及免疫调节等在内的多种重要生物学过程，与巨噬细胞的表型活性也密切相关[14]。IFN (干扰素)是一种强大内生巨噬细胞活性的因子并通过JAK-STAT信号通路发挥作用。IFN可以分为IFN-α、IFN-β、IFN-γ三种亚型。IFN-γ可以诱导M1型巨噬细胞极化。IFN-α/β在一定条件下可以增强抗炎作用，如C1q可以诱导IFN-α/β从而抑制巨噬细胞炎症反应[15]，但介导的信号通路在巨噬细胞极化中的作用还不是很清楚。这说明IFN-α/β和IFN-γ在巨噬细胞极化中介导的STAT1活性的角色是完全不同的[16]。此外，SOCS蛋白作为一种细胞因子抑制剂，可以反馈性的抑制JAK-STAT信号通路[17]。Shiri等[18]发现姜黄素(从植物姜黄提取的脂溶性化合物)能够通过上调STAT4和IL-12来提高M1型巨噬细胞的表达。与此同时IL-12也可以上调STAT受体，这又可以促使不同的M0型巨噬细胞向M1型转化。在乳腺组织和脾脏中姜黄素则通过下调STAT3、IL-10和精氨酸Ⅰ反过来抑制JAK-STAT信号通路从而增强细胞凋亡。

PI3K通路在巨噬细胞生存中发挥着必不可少的作用[19-20]。早期的研究表明AKt1基本上是由PI3K激活，不同的AKt激酶对巨噬细胞极化产生不同的作用，AKt1消融导致M1型巨噬细胞极化，AKt2消融导致M2型巨噬细胞极化[20-21]，这与过表达的miR-155调节炎症因子密切相关。近年来也发现，在动脉粥样斑块中，巨噬细胞源性的miR-342-5p通过miR-155的上调诱导促炎介质NOS2和Ⅱ6来抑制AKt1酶的活性，从而促进动脉粥样硬化增强巨噬细胞的炎症刺激[22]。Erasalo等[23]也证实，PI3K的抑制剂可用于减弱炎症反应，其作用机制是下调炎性因子，如IL-6、MCP-1、肿瘤坏死因子α和iNOS的表达。他们还在体内体外实验中发现[24]，选择性抑制PI3K/AKt/mTOR信号通路后，巨噬细胞分泌的IL-10明显降低。

3 部分激素和细胞器对巨噬细胞极化的作用

许多研究发现各种转化巨噬细胞表型的方法如基因重塑、体外输血，但是这些方法不太适用于临床。1,25(OH)2D3是一种由多种生理作用的内激素，它的活性是由维生素D受体基因(VDR)介导的，它还有多种超越无机代谢的生理和病理功能，包括肾和心血管功能的调节[25]。另外，还发现单独的维生素D对巨噬细胞极化不起作用。有研究表明，在高糖情况下，1,25(OH)2D3干预后，细胞中与M1型相关的TNF-α、IL-12、iNOS降低，与M2型相关的MR、Arg-1含量增加[26]。然而当VDR和PPARγ的表达被VDRsiRNA和PPARγ拮抗剂抑制时，1,25(OH)2D3则无法发挥上述作用。此外研究还发现，当VDR表达被抑制时，PPARγ作用也被抑制。这些研究表明，活性维生素D通过VDR-PPARγ通路促进M1型巨噬细胞向M2型极化。这些结果也与另一些研究报道相符[27]，巨噬细胞特异的PPAR-γ是调节M2型巨噬细胞活性的一个特殊因素。另外，有实验表明在糖尿病肾病中，维生素D不仅降低了巨噬细胞浸润而且抑制了M1巨噬细胞活化，同时也增强巨噬细胞的M2型活化，阻止了足细胞损伤[28]。

线粒体的生物合成在巨噬细胞极化中也起着重要的作用[29]。Zaza等[30]发现在慢性肾病小鼠模型中，PGC-1、NRF1和TAMF的表达降低，线粒体合成被抑制。PGC-1是线粒体合成的主要调节剂，可以通过其乙酰化作用抑制线粒体活性。线粒体合成减少使巨噬细胞更可能向M1型极化，从而对炎症更加敏感。但慢性肾病中损坏的巨噬细胞极化和被抑制的线粒体合成的机制尚不明确，一些研究可以证明AMPK (AMP依赖的蛋白激酶)在这个过程中起重要作用。他们发现，在慢性肾病小鼠的巨噬细胞中AMPK的活性处于很低水平，增加AMPK活性可以导致线粒体的合成和巨噬细胞M2型的极化，M1型被抑制[31]。还有一些研究则认为，AMPK不管在体内还是体外，均有抗炎作用[32-33]。

4 结语

直到目前为止，巨噬细胞功能极化具有可塑性的内在机制尚不明确，但其极化与信号通路、转录因子等确实有密切的联系。在了解巨噬细胞极化的调控因素的基础上研究其分化的条件对临床有很大的指导作用。因此，未来我们还需投入更多的努力到对巨噬细胞功能极化的调控机制研究中。

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