巨噬细胞极化

吴秀华，郑文洁

(中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院风湿免疫科 风湿免疫病学教育部重点实验室，北京 100730)

ChinJAllergyClinImmunol，2017，11(2)：161- 165

巨噬细胞来源于单核细胞，单核细胞由骨髓造血祖细胞发育分化释放进入外周血，随后进一步分化为组织定居的巨噬细胞，如肺脏中的尘细胞、肝脏中的库普弗细胞、脑组织中的小胶质细胞和骨组织中的破骨细胞等[1]。在人类，单核细胞因CD14和CD16的表达差异分为两个亚群，即CD14highCD16-单核细胞(经典型)和CD14+CD16+单核细胞(非经典型)[2]。不同亚群也可根据不同的趋化因子表达谱得以区分。例如，CD14highCD16-单核细胞表达趋化因子受体2(CC-chemokine receptor 2，CCR2)，而CD14+CD16+单核细胞表达CCR5、主要组织相容性复合体Ⅱ(major histocompatibility complex Ⅱ，MHCⅡ)类分子和CD32[3]。在小鼠，单核细胞分为两个不同亚群，一类单核细胞高表达CCR2和CD62L，低表达CX3CR1，而另一类单核细胞不表达CCR2和CD62L，但是高表达CX3CR1[4]。CCR2+单核细胞被认为是炎性亚群[5]。单核细胞在分化为巨噬细胞的过程中，细胞形态和功能发生较大变化，主要表现为体积增大，细胞器数量增加，吞噬能力增强，分泌大量可溶性因子等。促炎、代谢和免疫刺激均能够增强单核细胞向外周组织迁移，分化为巨噬细胞和树突状细胞，增强机体防御，组织重塑和修复[6]。

巨噬细胞极化

巨噬细胞在免疫防御中发挥重要作用，能够对内源性和外源性刺激发生快速应答，既可触发固有免疫应答，也能启动适应性免疫应答，主要的生物功能包括吞噬功能、抗原提呈功能、创伤愈合等。

巨噬细胞是一种可塑性较强的细胞，能够在体内外微环境影响下，改变不同表型，发挥不同功能，形成一系列功能不一的巨噬细胞谱[7]。巨噬细胞在体内外微环境影响下表面分子，分泌细胞因子以及功能的不同，即巨噬细胞极化。根据表型和分泌细胞因子的差异可将巨噬细胞分为经典活化的巨噬细胞(M1型)和替代活化的巨噬细胞(M2型)。 M1型巨噬细胞由脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)和干扰素γ(interferon-γ，IFN-γ)诱导，CD86和MHCⅡ表达增高，分泌促炎细胞因子如肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor alpha，TNF-α)、白细胞介素(interleukin，IL)- 1、IL- 12等以及促炎介质一氧化氮，抗原提呈能力和杀菌能力增强，调节并促进Th1和Th17免疫反应，能够清除病原体，但也可能会损坏机体的正常组织。M2型巨噬细胞由IL- 4或IL- 13诱导，CD206和精氨酸酶表达增高，内吞能力增强，在寄生虫免疫反应、变态反应、伤口愈合和组织重构中发挥重要作用，并促进Th2免疫反应。M2型巨噬细胞可进一步分为M2a、M2b和M2c三种亚型，各个亚型分别在不同方面发挥不同功能。M2a由IL- 4或IL- 13诱导产生，高表达甘露糖受体，内吞活性增强，促进细胞生长和组织修复，并能够促进Th2免疫。M2b由免疫复合物和LPS/IL- 1刺激诱导产生，炎性细胞因子TNF-α、IL- 6、IL- 1等分泌增多，并且高分泌IL- 10而低分泌IL- 12，抑制急性炎症反应，并促进Th2分化和体液免疫。M2c型巨噬细胞，又称失活型巨噬细胞，由糖皮质激素、IL- 10或TGF-β诱导产生，低表达MHCII分子，发挥调节免疫和抑制炎症作用[8- 9]。

巨噬细胞极化与疾病

巨噬细胞极化在炎症、肿瘤、代谢性疾病以及自身免疫性疾病的发生发展中广泛存在，深入了解疾病中巨噬细胞的极化以及分子机制，有望成为控制和预防这些疾病发生的新靶点[10]。

巨噬细胞极化与炎症

在炎症反应过程中M1型和M2型巨噬细胞能够相互转换，发挥不同功能。在炎症早期，M1型巨噬细胞通过释放促炎细胞因子，招募和激活适应性免疫细胞，诱导Th1和Th17反应，促进炎症反应，从而杀伤病原体，但可能也会对机体正常组织造成损伤。而在炎症恢复阶段，这些细胞转化为M2型巨噬细胞，拮抗炎症反应，诱导Th2反应，参与组织愈合和修复等[11]。

巨噬细胞极化与肿瘤

肿瘤间质中存在大量巨噬细胞，称为肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophages，TAM)。巨噬细胞在肿瘤中的作用仍存在争议，有研究表明[12]巨噬细胞的监督机制对预防肿瘤的发生必不可少，在体外活化的巨噬细胞可以杀死转化细胞。亦有研究表明巨噬细胞耗竭对宿主几乎没有影响，甚至在某些情况下可能有利于宿主[13]。因此猜测巨噬细胞在肿瘤中发挥不同的作用可能由于不同巨噬细胞极化表型。M1型巨噬细胞能促进早期阶段的肿瘤形成，主要是因为它们产生的自由基导致DNA损伤，易使宿主细胞发生转变[14]。然而，在体外研究中的结果显示，M1型巨噬细胞对肿瘤细胞具有细胞毒作用，因此M1型巨噬细胞能够促进转化细胞的早期消除[15]。随着肿瘤进展和生长，肿瘤微环境显著影响TAM表型发生改变，转变为调节巨噬细胞，通过释放多种细胞因子，促进肿瘤的发生、发展、侵袭和转移等过程[16]。多因素分析发现M1型巨噬细胞数目和M1型与M2型比值(M1/M2)可以作为评估胃癌根治手术患者生存时间的指标[17]，另有研究表明在霍奇金病患者，M1型巨噬细胞数量与良好预后呈正相关，而M2型巨噬细胞数量则与良好预后呈负相关[18]，故抑制M2型巨噬细胞在肿瘤组织中的聚集以及干预其极化为治疗肿瘤提供了新希望。

巨噬细胞极化与代谢性疾病

近年研究发现，巨噬细胞极化参与动脉粥样硬化(atherosclerosis, AS)斑块的形成和发展。在AS中，巨噬细胞通过摄取低密度脂蛋白转变成泡沫细胞，泡沫细胞分泌的细胞因子有利于斑块处的新生血管生成，形成肉芽肿。既往研究发现AS斑块部位同时存在M1型和M2型巨噬细胞，斑块易破区以M1型巨噬细胞为主，血管周外膜组织主要以M2型巨噬细胞为主，而纤维帽区没有明显差别。M1型巨噬细胞主要存在于早期斑块，促进动脉粥样硬化斑块形成，而M2型主要与斑块进展相关，促进纤维帽形成，增强斑块的稳定性。因此巨噬细胞由促炎M1型转化为抗炎M2型，有望成为预防和治疗AS的新靶点[19]。

另有研究发现脂肪组织中浸润脂肪组织巨噬细胞(adipose tissue macrophages，ATMs)，在肥胖个体中，ATMs高表达TNF-α、诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)等M1型巨噬细胞标记，高分泌TNF-α等炎性因子能够促进胰岛素抵抗和2型糖尿病发生，而在非肥胖个体，ATMs高表达Yml、Argl和IL- 10等M2型巨噬细胞标记，高分泌IL- 10等抗炎因子，从而抵抗TNF-α诱导的胰岛素抵抗[20- 21]。此外，Fujisaka等[22]研究发现M1型巨噬细胞数目以及M1/M2与胰岛素抵抗的发生发展密切相关，高脂肪饮食能够诱导ATMs向M1型巨噬细胞极化，而抗炎Th2细胞因子IL- 10能够增加M2型巨噬细胞数目，因此调控巨噬细胞极化可能为治疗代谢性疾病的一个新的富有潜力的领域。

巨噬细胞极化与风湿性疾病

巨噬细胞在类风湿关节炎(rheumatoid arthritis，RA)的发病中发挥重要作用，它们能够产生许多促炎细胞因子和趋化因子，促进骨和软骨破坏[23]。滑液巨噬细胞数目能够作为评估疾病严重性的生物指标，并能预测改善病情的抗风湿药物治疗疗效。RA滑膜组织和滑液中巨噬细胞极化取决于疾病活动性，高活动RA患者呈现M1型巨噬细胞，而低疾病活动度或临床缓解患者呈现M2型巨噬细胞[24]。此外，糖皮质激素能够诱导M2型巨噬细胞极化[25]。RA动物模型和RA患者的M1型巨噬细胞可与Th17细胞相互作用，促进滑膜炎症[26]。另有研究发现间充质干细胞因其免疫调节特性可能有效治疗RA。在胶原诱导的关节炎小鼠模型中，人类脐带血来源的间充质干细胞能够促进初始巨噬细胞向M2型巨噬细胞极化，改善关节炎的严重程度[27]。

在活化淋巴细胞来源的DNA(activated lympho-cyte derived DNA，ALD-DNA)诱导的系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus，SLE)小鼠模型中，肾组织有大量巨噬细胞浸润，其高表达TNF-α、IL- 6、IL- 10等，而低表达IL- 12，呈现M2b型巨噬细胞，并且Notch1信号活性显著上调。在疾病起始前或者起始后阻断Notch1信号通路能够减轻小鼠狼疮症状，阻断M2b巨噬细胞极化，提示Notch1依赖性的M2b巨噬细胞在SLE发病机制中发挥重要作用，可能为一个潜在的治疗靶点[28]。

抗中性粒细胞胞浆抗体相关性血管炎(anti-neutrophil cytoplasmic antibody associated vasculitides，AAV)患者血清可促进正常单核源巨噬细胞向M2c极化，吞噬功能增强，而健康对照血清诱导产生M0巨噬细胞[29]。研究表明AAV患者血清中IL- 17和IL- 10浓度增加[30- 31]。在单纯疱疹病毒诱导的白塞病(Behcet’s disease，BD)模型中，M1型巨噬细胞极化显著增加，且重组大鼠白细胞介素- 4 (recombinant rat interleukin- 4，rIL- 4)治疗降低M1型巨噬细胞及M1/M2可显著改善病情，提示巨噬细胞极化参与发病，调节极化或是有效治疗手段[32]。

结　　语

巨噬细胞是一种异质性与可塑性较强的细胞，不同的微环境对巨噬细胞极化影响不同，在清除病原体、伤口愈合、组织重构以及免疫调节等过程发挥重要作用。巨噬细胞极化参与感染、代谢、免疫过程，参与肿瘤等多种疾病的发生、发展及转归。深入研究巨噬细胞极化的调控机制，将为了解相关疾病的发生发展机制提供新线索，也可能成为预防和治疗多种疾病发生发展的新靶点。

[1]Volkman A, Gowans JL. The origin of macrophages from bone marrow in the rat[J]. Br J Exp Pathol, 1965, 46: 62- 70.

[2]Tolouei Semnani R, Moore V, Bennuru S, et al. Human monocyte subsets at homeostasis and their perturbation in numbers and function in filarial infection[J]. Infect Immun, 2014, 82: 4438- 4446.

[3]Ziegler-Heitbrock HW, Fingerle G, Ströbel M, et al. The novel subset of CD14+/CD16+ blood monocytes exhibits features of tissue macrophages[J]. Eur J Immunol, 1993, 23: 2053- 2058.

[4]Palframan RT, Jung S, Cheng G, et al. Inflammatory chemokine transport and presentation in HEV: a remote control mechanism for monocyte recruitment to lymph nodes in inflamed tissues[J]. J Exp Med, 2001, 194: 1361- 1373.

[5]Zhou X, Chen K, Lei H, et al. Klotho gene deficiency causes salt- sensitive hypertension via monocyte chemotactic protein- 1/CC chemokine receptor 2-mediated inflammation[J]. J Am Soc Nephrol, 2015, 26: 121- 132.

[6]Ebert RH, Florey HW. The extravascular development of the monocyte observed in vivo[J]. Brit J Exp Pathol, 1939, 20: 342- 356.

[7]Mosser DM, Edwards JP. Exploring the full spectrum of macrophage activation[J]. Nat Rev Immunol, 2008, 8: 958- 969.

[8]Gordon S, Taylor PR. Monocyte and macrophage heterogeneity[J]. Nat Rev Immunol, 2005, 5: 953- 964.

[9]Murray PJ, Allen JE, Biswas SK, et al. Macrophage activation and polarization: nomenclature and experimental guidelines[J]. Immunity, 2014, 41: 14- 20.

[10] Mills CD. M1 and M2 Macrophages: Oracles of Health and Disease[J]. Crit Rev Immunol, 2012, 32: 463- 488.

[11] Qin H, Holdbrooks AT, Liu Y, et al. SOCS3 deficiency promotes M1 macrophage polarization and inflammation[J]. J Immunol, 2012, 189: 3439- 3448.

[12] Weiskopf K, Weissman IL. Macrophages are critical effectors of antibody therapies for cancer[J]. MAbs, 2015, 7: 303- 310.

[13] Teng MW, Swann JB, Koebel CM, et al. Immune-mediated dormancy: an equilibrium with cancer[J]. J Leukoc Biol, 2008, 84: 988- 993.

[14] Swann JB, Vesely MD, Silva A, et al. Demonstration of inflammation-induced cancer and cancer immunoediting during primary tumorigenesis[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2008, 105: 652- 656.

[15] Liu B, Wang X, Chen TZ, et al. Polarization of M1 tumor associated macrophage promoted by the activation of TLR3 signal pathway[J]. Asian Pac J Trop Med, 2016, 9: 484- 488.

[16] Guo C, Buranych A, Sarkar D, et al. The role of tumor-associated macrophages in tumor vascularization[J]. Vasc Cell, 2013, 5: 20.

[17] Pantano F, Berti P, Guida FM, et al. The role of macrophages polarization in predicting prognosis of radically resected gastric cancer patients[J]. J Cell Mol Med, 2013, 17: 1415- 1421.

[18] Guo B, Cen H, Tan X, et al. Meta-analysis of the prognostic and clinical value of tumor-associated macrophages in adult classical Hodgkin lymphoma[J]. BMC Med, 2016, 14: 159.

[19] Dzsinich C, Vaszily M, Vallus G, et al. Penetrating atheromatous ulcer of the thoracic aorta. Treatment options[J]. Orv Hetil, 2014, 155: 461- 468.

[20] Ye L, Liang S, Guo C, et al. Inhibition of M1 macrophage activation in adipose tissue by berberine improves insulin resistance[J]. Life Sci, 2016, 166: 82- 91.

[21] Lumeng CN, Bodzin JL, Saltiel AR. Obesity induces a phenotypic switch in adipose tissue macrophage polarization[J]. J Clin Invest, 2007, 117: 175- 184.

[22] Fujisaka S, Usui I, Bukhari A, et al. Regulatory mechanisms for adipose tissue M1 and M2 macrophages in diet-induced obese mice[J]. Diabetes, 2009, 58: 2574- 2582.

[23] Lebre MC, Tak PP. Macrophage Subsets in Immune-Mediated Inflammatory Disease: Lessons from Rheumatoid Arthritis, Spondyloarthritis, Osteoarthitis, Behçet’s Disease and Gout[J]. The Open Arthritis Journal, 2010, 3: 18- 23.

[24] Laria A, Lurati A, Marrazza M, et al. The macrophages in rheumatic diseases[J]. J Inflamm Res, 2016, 9: 1- 11.

[25] Jiang K, Weaver JD, Li Y, et al. Local release of dexamethasone from macroporous scaffolds accelerates islet transplant engraftment by promotion of anti-inflammatory M2 macrophages[J]. Biomaterials, 2017, 114: 71- 81.

[26] Li J, Yang P, Wu Q, et al. Death receptor 5-targeted depletion of interleukin- 23-producing macrophages, Th17, and Th1/17 associated with defective tyrosine phosphatase in mice and patients with rheumatoid arthritis[J]. Arthritis Rheum, 2013, 65: 2594- 2605.

[27] Shin TH, Kim HS, Kang TW, et al. Human umbilical cord blood-stem cells direct macrophage polarization and block inflammasome activation to alleviate rheumatoid arthritis[J]. Cell Death Dis, 2016, 7: e2524.

[28] Zhang W, Xu W, Xiong S. Blockade of Notch1 signaling alleviates murine lupus via blunting macrophage activation and M2b polarization[J]. J Immunol, 2010, 184: 6465- 6478.

[29] Ohlsson SM, Linge CP, Gullstrand B, et al. Serum from patients with systemic vasculitis induces alternatively activated macrophage M2c polarization[J]. Clin Immunol, 2014, 152: 10- 19.

[30] Hruskova Z, Rihova Z, Mareckova H, et al. Intracellular cytokine production in ANCA-associated vasculitis: low levels of interleukin- 10 in remission are associated with a higher relapse rate in the long-term follow-up[J]. Arch Med Res, 2009, 40: 276- 284.

[31] Nogueira E, Hamour S, Sawant D, et al. Serum IL- 17 and IL- 23 levels and autoantigen-specific Th17 cells are elevated in patients with ANCA-associated vasculitis[J]. Nephrol Dial Transplant, 2010, 25: 2209- 2217.

[32] Anower AK, Shim JA, Choi B, et al. The role of classical and alternative macrophages in the immunopathogenesis of herpes simplex virus-induced inflammation in a mouse model[J]. J Dermatol Sci, 2014, 73: 198- 208.