巨噬细胞在抗结核感染中的作用

王雅 李传友 王伟 唐神结

结核分枝杆菌(Mycobacteriumtuberculosis，MTB)是引起结核病的主要病原菌，可造成全身各器官感染，其中以肺结核最为常见。巨噬细胞是一种免疫细胞，可参与机体的天然免疫和获得性免疫。巨噬细胞具有强大吞噬能力，是重要的免疫效应细胞，其可发挥免疫自稳作用，是机体抵御MTB入侵的第一道防线。巨噬细胞既可以吞噬和杀伤MTB，也可以作为抗原提呈细胞启动获得性免疫应答。CD8+T、CD4+T细胞和自然杀伤细胞(NK细胞)分泌的肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和γ干扰素(IFN-γ)等细胞因子可活化巨噬细胞[1]。活化后的巨噬细胞可以通过多种机制消灭MTB，包括自噬、凋亡，以及炎性小体和活性氧中间体(reactive oxygen intermediates，ROI)、活性氮中间体(reactive nitrogen intermediates，RNI)产生等。基于此，笔者综述了其在抗结核免疫应答中的主要研究进展。

一、巨噬细胞的极化

巨噬细胞极化同MTB感染及结核病发病进程密切相关。巨噬细胞经不同的诱导因素刺激可分化为不同表型，并发挥不同的功能，这一现象被称作极化。近年来，不同的巨噬细胞表型已被证实，根据激活后的活化状态和发挥功能不同，可分为两类：经典激活巨噬细胞(M1型)和选择性激活巨噬细胞(M2型)[2]。经典激活途径受抗原特异性T细胞分泌的IFN-γ所调控，M1型吞噬细菌后，可通过诱导生成NO、炎性介质等途径有效地清除病原体，主要负责参与宿主抗胞内细菌感染的防御机制。M2型的激活则更主要受辅助性T细胞2(Th2)分泌的白细胞介素(IL)-4、IL-13等细胞因子调控，具有更强的吞噬能力，可参与抑制炎症反应，介导病原体和肿瘤细胞的免疫逃逸，诱发持续感染[3-4]。巨噬细胞是结核性肉芽肿中最丰富的细胞类型，Marino等[5]研究发现，结核性肉芽肿中巨噬细胞极化的类型同肉芽肿的结局密切相关，巨噬细胞分化途径的不同是肉芽肿内病原菌是否播散的原因之一。这一结论同M1型和M2型巨噬细胞在肉芽肿的空间分布特征相一致。在结核性肉芽肿中，M1型的位置更靠近中心坏死区域，而M2型更靠近外周部分[6]。

二、巨噬细胞识别吞噬MTB

机体感染MTB后，巨噬细胞首先通过细胞表面的模式识别受体(pattern recognition receptor，PRR)识别MTB的相关模式分子并吞噬病原体。多种模式识别受体参与了巨噬细胞对MTB的识别，其中包括Toll样受体(Toll-like receptor，TLR)、NOD样受体(NOD-like receptor，NLR)、C型凝集素受体(C-type lectin receptor，CLR)等[7]。

TLR识别髓样分化因子(myeloid differentiation factor 88，MyD88)在启动MTB感染的免疫应答方面发挥了重要作用[8]。在随后的信号级联反应中招募多种蛋白激酶，激活多种信号转导通路，导致转录因子，如核转录因子-κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)的核转运[9]。进一步激活天然宿主防御基因的转录，促进炎性细胞因子的分泌，如TNF-α、IL-1β、IL-12及NO等[10]。

NLR受到外源性刺激后可激活NF-κB或丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)信号通路[11]，诱导细胞因子、趋化因子等多种物质的表达。NLR也可激活MAPK信号通路中的p38、细胞外信号调节蛋白激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)和c-jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)信号，引起促炎因子和抗菌肽的释放[12]，同时与NF-κB信号通路相互影响和作用发挥生物学功能。

CLR主要识别MTB细胞表面的糖基化配体来调控吞噬作用，如甘露糖、海藻糖、葡聚糖等[13]。甘露糖受体(mannose receptor，MR；cD206)在肺泡巨噬细胞中高度表达。脂阿拉伯甘露糖(lipoarabinomannan，LAM)和磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol mannoside，PIM)是MTB上可被肺泡巨噬细胞MR识别的天然配体[7]。MTB与MR结合可刺激IL-4和IL-13的产生，同时抑制IL-12的产生，且参与损伤氧化反应[14]。宿主的巨噬细胞对MTB的识别作用是复杂的，尽管已经做了广泛的研究，但仍未完全阐明其作用机制。

三、巨噬细胞杀灭MTB的作用机制

(一)自噬

自噬是一种重要的免疫防御机制，可参与抵抗多种细胞内病原微生物的感染。Castillo等[15]研究发现，自噬在抗结核感染中起着双重作用，它不仅抑制细菌的增长，还能阻止过度炎症反应的发生。巨噬细胞表面的TLR与MTB表面的配体结合诱导自噬的过程涉及MyD88依赖途径和β干扰素TIR结构域衔接蛋白(TIR-domain containing adaptor protein inducing IFN-β,TRIF)通路[16]。由此表明，自噬是一个先天性免疫应答过程。然而，获得性免疫应答的介质，如IFN-γ也在调节自噬反应中发挥了重要的作用。2004年，Gutierrez等[17]首次报道在饥饿状态下或利用雷帕霉素和IFN-γ可有效诱导感染了MTB的巨噬细胞发生自噬。IFN-γ通过活化NF-κB及磷酸化信号传导与转录激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT-3)介导自噬过程的发生，增强机体的杀菌能力[18]；而雷帕霉素可通过诱导自噬，使得巨噬细胞的抗原提呈能力明显增强。我国学者研究发现，生理浓度的1,25(OH)2D3可诱导MTB感染的巨噬细胞产生自噬作用，清除胞内的MTB[19]。由此可见，采用细胞因子或者药物诱导自噬过程的发生，进一步清除病原菌，可能成为结核病治疗和预防领域的一个新的、可行的方法。

(二)凋亡

细胞凋亡是维持组织发展和稳定的一种重要方式，可以最大程度地降低炎症反应和对周边细胞的伤害。一旦巨噬细胞感染了MTB，通过体内信号转导通路的激活可启动凋亡过程的发生，产生和释放TNF-β、IL-10等抗炎介质[20]。感染早期的巨噬细胞凋亡是机体自我防御的表现，可参与清除部分寄生的MTB，降低MTB体内播散速度。酪氨酸激酶和(或)转录因子(janus kinase/signal transducer and activator of transcription，JKA/STAT)信号通路在巨噬细胞凋亡过程中发挥着重要的作用，酪氨酸蛋白激酶(protein tyrosine kinase，PTK)的激活使JAK2/STAT1磷酸化，进一步促进多种促凋亡基因的表达，包括TNF-α、半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白水解酶1(cysteinyl aspartate specific protease-1, caspase-1)、CD95和NO合酶等，这些基因的表达可调节巨噬细胞的抗结核免疫应答，以及促进凋亡的发生[21]。Chen 等[22]最近研究发现，Wnt基因通过促进细胞凋亡及促炎因子的表达参与抗结核感染。通过动物感染模型发现，当Wnt5a信号匮乏时，MTB可导致小鼠肺组织中的促炎细胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-12、IL-6)大量增加，同时促进巨噬细胞凋亡。此外，感染后，前列腺凋亡反应蛋白4(prostate apoptosis response-4，Par-4)可与葡萄糖调节蛋白78(glucose regulated protein 78ku，GRP78)形成复合物，进而激活caspase-1、NF-κB等诱导巨噬细胞凋亡过程的发生，并且可进一步诱导细胞因子、趋化因子等多种物质的表达[23]。Assis等[24]发现前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)可调控MTB感染后的巨噬细胞的凋亡或坏死。基于此，作者认为，尝试用细胞因子、激素或药物去调控巨噬细胞凋亡过程将会是一种很有前景的免疫治疗方法。感染MTB后的巨噬细胞可通过凋亡途径降低体内细菌载量及传播。因此，揭示巨噬细胞的凋亡机制对抗结核感染的作用是指导临床治疗、预防和控制结核病疫情蔓延的关键。

(三)炎性小体

炎性小体也称炎症小体，是由胞浆内PRR参与组装的多蛋白复合物，是天然免疫系统的重要组成部分。炎症小体能够识别结核病原相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns，PAMP)，招募和激活caspase-1，发挥抗结核感染的作用。活化的caspase-1进一步切割IL-1β和IL-18 的前体，产生相应的成熟细胞因子。这些细胞因子与宿主免疫防御和病原体清除有关，在天然免疫中发挥重要作用[25]。此外，炎症小体还能调节caspase-1依赖的形式编程性细胞死亡，诱导细胞在炎性和应激的病理条件下死亡。多种炎症小体参与了针对病原体的宿主防御反应。其中，NLR家族中的NOD样受体蛋白3(NOD-like receptor protein 3，NLRP3)炎症小体最具特征性，由于能被多种类型的病原体或危险信号所激活，NLRP3炎症小体在机体免疫反应和疾病发生过程中都发挥了关键作用[26]。结核感染时，通过NOD2识别MTB，激活转录因子 NF-κB，诱导巨噬细胞内NLRP3炎症小体的形成，促进炎症因子IL-1β 和 IL-18 的释放[27-28]。而IL-1β和IL-18在保护机体抵抗结核感染中可进一步发挥积极作用。

(四)ROI和RNI

ROI和RNI在巨噬细胞抗结核感染过程中发挥直接杀菌的作用。ROI来源于活化的巨噬细胞或吞噬细胞，主要在吞噬细胞氧化酶又称烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADPH)氧化酶的作用下产生，在宿主体内积累的ROI主要包括超氧阴离子(O2·-)、过氧化氢(H2O2)和羟基自由基(OH·)，这些ROI进一步发挥抵抗病原体入侵的作用[29]。RNI包括一氧化氮自由基及其通过多种复杂反应而生成的产物，生物体内的RNI与催化NO产生的NO合成酶(nitric oxide synthase，NOS)有直接关系。与抗结核感染有关的诱导型NOS通常存在于吞噬细胞中，可以被细胞因子如IFN、IL、TNF和病原体(细菌、病毒、寄生虫)及免疫刺激物(脂多糖)等激活，激活后的诱导型NO合成酶(iNOS)能够催化L-精氨酸产生NO，并通过多种复杂反应产生不同类型的RNI，起到防御病原体的作用[30-31]。

四、总结与展望

机体感染MTB后，巨噬细胞作为第一道防线在抗结核感染的过程中起着十分关键的作用，巨噬细胞通过吞噬MTB后，既可激活天然免疫信号通路参与杀伤病原菌，又可通过加工提呈抗原启动获得性免疫。MTB在一定条件下会发生免疫逃逸，避免被杀伤而滞留在巨噬细胞内。巨噬细胞与MTB的相互作用机制十分复杂，直接影响着结核病的发生、发展、预后及转归。近年来，关于结核病免疫治疗的研究有增多的趋势，进一步研究巨噬细胞在抗结核感染中的防御机制及同MTB之间的复杂关系，有助于新型抗结核免疫制剂的研发，为结核病的预防和治疗奠定重要理论基础。

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