巨噬细胞在急性胰腺炎发生和发展中的作用

魏星 许春芳

苏州大学附属第一医院消化内科，苏州 251006

【提要】 急性胰腺炎(AP)是由多因素导致的胰腺腺泡内胰酶激活，以局部胰腺炎症反应为主要特征，伴或不伴胰腺外器官功能障碍的疾病，其实质是一种炎症性疾病。巨噬细胞是炎症反应的主要参与者，在AP从局部炎症发展为全身性炎症反应的病理生理学机制中扮演了非常重要的角色。作为种类和功能最为丰富的细胞群体之一，巨噬细胞表现出显著的异质性和可塑性，根据不同微环境刺激遵循不同的极化途径。腹膜巨噬细胞、肝脏库普弗细胞和肺巨噬细胞等可在AP的不同阶段被激活，这可能是AP进展的基础。

急性胰腺炎(AP)是一种常见的急腹症，临床表现为突发的上腹部疼痛和血淀粉酶、脂肪酶水平升高,病理表现为胰腺组织水肿、出血、坏死、炎症细胞浸润和实质结构受损。腺泡内胰酶的过早激活和胰腺自身消化作为AP发生发展的中心理论[1]，长期以来一直都是人们关注的焦点，但临床上针对AP患者使用胰蛋白酶抑制剂并未取得显著疗效[2-3]。Dawra等[4]研究发现，AP局部和全身性炎症反应的进展并不依赖于胰蛋白酶原的激活。近年来越来越多的研究表明，腺泡细胞的炎症信号通路过度激活在胰腺炎的发病机制中起重要作用，可能导致了重症急性胰腺炎(SAP)强烈的全身性炎症反应[5]。腺泡细胞释放的炎症递质招募并激活循环白细胞，如巨噬细胞和中性粒细胞[6]。参与AP局部炎症的细胞有胰腺腺泡细胞、胰腺星状细胞、内皮细胞、中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞和淋巴细胞等，参与AP病理生理学过程的炎症递质有肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素(IL)、血小板活化因子(PAF)、补体成分C5a、细胞间黏附分子-1(ICAM-1)、P物质(SP)、单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)、巨噬细胞炎性蛋白(MIP)、巨噬细胞迁移抑制因子(MIF)等[7-9]。最终白细胞的过度激活会引发强烈的局部和全身性炎症反应，成为SAP的特征。由于巨噬细胞协调了炎症的起始和消退，探究其在AP发生发展过程中的作用，有利于采取相应的靶向治疗措施，减轻炎症反应，减少胰腺和胰腺外靶器官损伤，进而降低病死率和改善预后。

一、巨噬细胞及其极化

巨噬细胞是一种内在的异质性细胞群，几乎存在于所有器官，参与宿主防御和构建组织稳态，如腹膜巨噬细胞、肝脏库普弗细胞、肺巨噬细胞(肺泡巨噬细胞和间质巨噬细胞)、神经系统的小胶质细胞、皮肤的朗格汉斯细胞、骨组织的破骨细胞等。髓系祖细胞来源的前单核细胞从骨髓释放进入血液，发育成为外周血单核细胞，其中一部分迁移到组织器官，分化为特定类型的组织常驻巨噬细胞[10]。某一器官的许多方面影响着巨噬细胞的异质性，比如组织微结构，代谢活动速率，肠道和皮肤局部共生微生物暴露，以及局部生长因子和激素的调节作用[11]。由此可见，不同位置以及局部微环境等多因素使巨噬细胞成为体内种类和功能最为丰富的细胞群体之一。

巨噬细胞极化是指其受微环境各种信号刺激后被激活的过程。因为巨噬细胞具有强大的可塑性，故极化是不固定的。极化的巨噬细胞通常分为两类:经典激活的M1型和替代激活的M2型。干扰素-γ(IFN-γ)、TNF-α或toll样受体(TLR)激动剂,如脂多糖(LPS)，通常导致M1型极化；而细胞因子IL-4、IL-10或IL-13，通常导致M2型极化[12]。不同极化状态体现在靶基因表达水平、细胞表面分子、蛋白质含量和活性等方面。比如M1型巨噬细胞分泌高水平的促炎细胞因子IL-12、IL-1β、TNF-α、MCP-1，高表达CD40、CD86和主要组织相容性复合体(MHC)-Ⅱ类分子，活性氧自由基(ROS)和诱导型一氧化氮合酶(iNOS)产生增多；M2型巨噬细胞过度分泌抗炎细胞因子IL-4、IL-10、转化生长因子-β(TGF-β)，高表达CD163、CD36和甘露糖受体(CD206)，精氨酸酶-1(Arg1)产生增多[12-13]。

细胞的功能与其结构是密切相关，甚至是相互影响的。McWhorter等[14]发现极化的M1型巨噬细胞呈扁平、薄煎饼状，而M2型巨噬细胞身形细长。进一步研究发现，使用特制的培养系统可直接控制巨噬细胞形状，使细胞极化为M2型。此外，极化也是一个涉及细胞内物质代谢的过程。巨噬细胞通过吞噬衰老红细胞回收铁是体内铁的主要来源，对维持机体铁稳态起着至关重要的作用。Corna等[15]发现M1型巨噬细胞内铁含量相对封闭，表达高水平的铁蛋白和低水平的转铁蛋白受体1；而M2型巨噬细胞具有较强的铁回收释放能力，表达谱与M1型刚好相反。近期Gan等[16]也得出了一致的结果，并且发现细胞内铁超载显著降低了M1型巨噬细胞iNOS和细胞因子IL-6、IL-1β、TNF-α的表达水平。Agoro等[17]进行的在体动物实验发现，富铁饮食增加了腹膜巨噬细胞中M2型标记物Arg1和Ym1的表达，同时减轻了腹腔注射LPS诱发的炎症反应。

极化的巨噬细胞发生如此复杂的生物学效应，可见极化是一个能量密集的过程。AMP依赖的蛋白激酶(AMPK)被称为调节能量平衡的代谢主开关。细胞内AMPK的激活开启产生ATP的分解代谢通路，并关闭消耗ATP的合成代谢通路。Sag等[18]研究发现M2型巨噬细胞内AMPKα1活化水平明显升高，而M1型巨噬细胞刚好相反。另外，M2型巨噬细胞线粒体氧化磷酸化作用增强，糖酵解和磷酸戊糖途径通量减少；而M1型巨噬细胞线粒体氧化磷酸化作用减弱，糖酵解和磷酸戊糖途径通量增加[19-20]。由此可见，巨噬细胞在极化过程中发生了代谢重组[11]，尽管这一过程涉及的具体机制目前尚不清楚。从代谢组学另一角度看，M2型巨噬细胞具有脂肪酸氧化和完整的克雷布斯循环(也称三羧酸循环)作为标志性的代谢特征；而M1型巨噬细胞只有一个破碎的克雷布斯循环，因为其有两个明显的中断[21]。

所以，多种微环境刺激作用于巨噬细胞，使其在形态学、基因表达、代谢组学等方面发生显著改变。AP时巨噬细胞过度活化，释放炎症递质，触发炎症级联反应。探究巨噬细胞极化过程的细节，有利于对其进行精准的调控，从而对炎症过程进行有效的干预。

二、AP中巨噬细胞的活化

除胰弹性蛋白酶、脂肪酶等胰酶[22]可活化巨噬细胞外，腺泡细胞释放的炎症递质可以在AP早期募集巨噬细胞浸润胰腺[6]。Gutierrez等[23]发现胰腺炎相关腹水，甚至是腹水的脂质提取物也能激活巨噬细胞，从而加剧炎症反应。可见AP的严重程度与巨噬细胞活化及其活化水平密切相关[24-25]。而针对募集活化的巨噬细胞的干预措施也取得了明显的效果。Bhatia等[26]用MCP-1合成阻滞剂宾达利治疗小鼠，可以保护小鼠对抗胰腺炎。Badiei等[27]利用特异性siRNA沉默巨噬细胞的胱硫醚γ裂解酶基因(CSE)，可以降低胰腺炎小鼠的血浆淀粉酶，缓解胰腺和肺组织损伤。最近Pan等[28]发现乳糖可以增加胰腺组织中的IL-10+巨噬细胞，减少TNF-α+巨噬细胞。Taguchi等[29]利用纳米技术合成了负载一氧化碳的血红蛋白囊泡，其在体外能使巨噬细胞极化为M2型；在体内可降低胰腺炎小鼠的血浆淀粉酶、脂肪酶和高迁移率族蛋白B1(HMGB1)水平，下调胰腺组织的IL-1β、IL-6、TNFα，上调IL-10，并缓解AP相关肺损伤。可见巨噬细胞参与了AP的发生发展，针对巨噬细胞的干预措施有显著疗效，它是临床治疗的潜在重要靶点。

三、巨噬细胞亚群与全身性炎症反应

1．腹膜巨噬细胞：胰腺周围的炎性渗出液中含有大量胰酶和促炎递质，血液循环中血管活性物质的增多导致体液丢失在腹膜腔形成腹水，疾病严重时腹水中还含有坏死的脂肪组织，表明AP时产生的腹水是腹膜巨噬细胞的天然培养基。Gea-Sorlí等[30]发现，胰腺炎诱导后早期腹膜巨噬细胞极化为M1型，产生大量的TNF-α等炎症递质。放大了局部炎症反应，增加腹水的细胞毒性[31]。同时，这些炎症递质会经静脉或肠系膜淋巴等途径进入血液循环而至全身，导致胰腺外靶器官损伤[32-33]。所以腹膜巨噬细胞具有将局部炎症扩展成全身性炎症反应的能力，在一定程度上决定了AP的严重程度，因此有学者将腹膜巨噬细胞作为干预靶点，以控制AP的全身性炎症反应。Takeyama等[31]在诱导胰腺炎前行腹腔灌洗以去除腹膜巨噬细胞，发现腹水的细胞毒性和诱导细胞凋亡的活性几乎消失殆尽。Mikami等[34]采用脂质体包封的氯磷酸盐去除腹膜巨噬细胞后，明显减轻胰腺炎大鼠的腹腔炎症和肺损伤。Gea-Sorlí等[30]在体外采用IL-4和IL-13可将激活的M1型腹膜巨噬细胞逆转为M2型，但在腹腔内注射IL-4和IL-13后并没有观察到同样的结果，尽管在一定程度上缓解了全身性炎症反应，这可能是因为腹水中的水解酶参与了细胞因子的降解，使其逆转巨噬细胞极化的能力大打折扣。另外，在AP早期减少腹水中炎症递质进入血液循环，腹腔灌洗或阻断肠系膜淋巴引流是个不错的选择[32]。Shanbhag等[33]通过对AP小鼠行胸导管结扎及肠系膜淋巴外引流可预防AP相关的心功能障碍。

2．肝脏库普弗细胞：Closa等[35]发现，AP大鼠行门腔静脉分流术后降低了肺泡巨噬细胞的活化和肺组织髓过氧化物酶(MPO)活性，并减轻肺组织的炎症反应，提示肝脏，或者说库普弗细胞，在胰腺局部炎症发展为全身性炎症反应过程中起着重要作用[36-37]。Xu等[38]研究发现，肝库普弗细胞在AP早期呈M1极化，但在体外用IL-4或调节性T细胞(Tregs)处理极化的库普弗细胞后，M2标志物表达增加，M1标志物表达减少，并且Tregs逆转作用较IL-4强。Liu等[36]使用库普弗细胞阻断剂三氯化钆降低了胰腺炎大鼠血清TNF-α、IL-1水平以及肺组织MPO活性，减少了肺泡巨噬细胞的NF-κB活化，显著缓解肺组织损伤。有趣的是，很大部分研究都是关于库普弗细胞介导胰腺炎相关肺损伤，却少有报道库普弗细胞在胰腺炎相关肝损伤中的作用[39]。相对肺来说，肝脏参与了胰腺炎早期阶段炎症反应的放大过程，但临床上AP相关肝损伤却不如肺损伤常见。因此，需要更进一步的研究来阐释这种差异性。

3．肺巨噬细胞：急性肺损伤是AP最常见的胰腺外器官功能障碍，高发病率和高病死率是其重要特征，其严重程度从无临床或影像学异常的轻度低氧血症到急性呼吸窘迫综合征不等。虽然AP相关肺损伤的病理生理学机制目前仍不清楚，但这与胰蛋白酶和磷脂酶A2等胰酶的特异性作用有关，并且局部激活的白细胞也扮演了非常重要的角色[40]。Gea-Sorlí等[41]研究发现，在胰腺炎诱导后，肺泡巨噬细胞和间质巨噬细胞表现出截然不同的激活谱和动力学特征，具体体现在肺泡巨噬细胞激活NF-κB，表达促炎递质TNF-α和IL-1β，而间质巨噬细胞激活过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ)，表达抗炎递质IL-10。这些差异性结果提示肺泡巨噬细胞促进早期炎症反应，而间质巨噬细胞似乎在炎症的解决过程中发挥重要作用。Sun等[42]发现，在胰腺炎早期阶段肺巨噬细胞极化为M1型，特征是高表达干扰素调节因子5(IRF5)、TNF-α、iNOS和IL-12，低表达IL-10和Arg-1；而在体外使用特异性siRNA沉默IRF5的表达后，上述表达谱发生了转变，极化的肺巨噬细胞逆转为M2型。在体实验表明，银杏叶提取物通过降低肺泡巨噬细胞一氧化氮(NO)、TNF-α和MIF的表达水平，对AP相关肺损伤有保护作用[43]。可见，肺巨噬细胞介导了AP相关肺损伤，调节肺巨噬细胞表达谱或者肺泡巨噬细胞与间质巨噬细胞的比例对减轻AP相关肺损伤具有重要意义。

总之，AP是涉及胰腺局部以及胰腺外多个器官系统的炎症反应，而巨噬细胞参与了炎症的起始和消退。腹膜巨噬细胞、肝脏库普弗细胞和肺巨噬细胞在AP的发展阶段被激活，分泌炎症递质，触发炎症级联，最终导致全身性炎症反应，甚至是多器官功能障碍。所以，尚需进一步的研究来阐释巨噬细胞在AP中的重要地位，同时为临床治疗策略的制定提供坚实的理论基础。

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