巨噬细胞极化及其对炎性疾病作用的研究进展

吴 燕，张定然，王新慧，许宏扬，刘沛尧，齐智利

（华中农业大学动物科技学院，湖北武汉 430070）

巨噬细胞起源于骨髓，是一种位于组织内的白血球，是由血液中的单核细胞穿出血管后分化而形成，具有吞噬和杀灭微生物的能力。作为固有免疫细胞，巨噬细胞在宿主防御、参与炎症反应、稳定内环境以及抗原呈递中发挥重要功能，并具有调控固有免疫和适应性免疫等重要生物学过程的作用。巨噬细胞具有显著的异质性，在不同的微环境下，根据不同的信号刺激，主要通过Νotch、JAK-STAT、TLRs/ΝF-κB、PΙ3K/Akt 及JΝK 等信号通路极化为M1 型巨噬细胞、M2 型巨噬细胞、肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）、CD169+巨噬细胞、TCR+巨噬细胞。极化后的巨噬细胞其形态功能也随之变化，这种多样性为多种免疫和与炎症相关疾病的研究提供了理论依据[1]。近年来，随着免疫学、动物生理生化学和分子生物学的快速发展，人们对巨噬细胞与动物炎症性疾病有了更深入全面的了解，同时对控制动物炎症性疾病的途径有了新的发现。本文阐述了巨噬细胞的极化表型和极化机制及其在动物炎性疾病中的应用，旨在为控制动物炎症性疾病而采取的针对巨噬细胞极化及其产物的治疗性干预措施提供理论依据。

1 巨噬细胞的分型

巨噬细胞作为先天免疫的重要组成部分，与不同临床状况的病理生理学有关，包括感染性和自身免疫性疾病，以及肿瘤进展。巨噬细胞具有显著的异质性。研究表明巨噬细胞的表型异质性与所其处的局部微环境状态相关[2]。巨噬细胞的这种可塑性能够对病原体或信号分子做出适当反应，这些分子通常由激活的淋巴细胞或受损组织释放。巨噬细胞表型的异质性通常被称为极化，根据巨噬细胞功能和特点的不同，主要极化为M1 型巨噬细胞和M2 型巨噬细胞，还有其他型巨噬细胞亚群，如肿瘤相关巨噬细胞（TAM）、CD169+巨噬细胞以及TCR+巨噬细胞[3]。

1.1 M1 型巨噬细胞 M1 巨噬细胞，也称为经典活化的巨噬细胞，在 Th1 细胞介导的细胞免疫中被激活，参与某些免疫病理过程的发生、发展[4]。干扰素-γ、脂多糖（LPS）及粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子等刺激均有利于巨噬细胞向M1 表型极化[5]。M1 巨噬细胞的特征是高抗原呈递和白介素（ΙL）-12、ΙL-23 和肿瘤坏死因子-α（TΝF-α）等促炎细胞因子的高表达。研究表明，M1 巨噬细胞与杀灭微生物及促炎症反应有关[6]。M1 巨噬细胞能介导对病原体的抵抗力，并表现出很强的杀菌特性，但这些也有助于组织破坏，在特定条件下会加剧对健康有害的炎症过程。

1.2 M2 型巨噬细胞 M2 巨噬细胞又称交替激活的巨噬细胞，具有抗炎功能，通过ΙL-4 受体α激活STAT6，被Th2 型细胞因子ΙL-4 和ΙL-13 极化[7]。此外，诸如巨噬细胞集落刺激因子-1、ΙL-10、转化生长因子-β（TGF-β）和ΙL-13、真菌和蠕虫感染等刺激物也有利于M2 亚群极化[8]。M2 巨噬细胞的特征是ΙL-12 低表达，ΙL-10 和TGF-β高表达。M2 巨噬细胞具有强大的吞噬能力，能清除碎片和凋亡细胞，抑制炎症，协调促进组织重建、伤口愈合、血管生成和免疫调节。M2 巨噬细胞还可进一步分为M2a、M2b、M2c 和M2d 亚类。M2a 巨噬细胞由ΙL-4 或ΙL-13 诱导产生，参与过敏反应和杀灭吞噬寄生虫[9]。M2b 巨噬细胞由ΙL-1β或免疫复合物诱导形成，主要参与免疫调控[10]。M2c 巨噬细胞由 ΙL-10、糖皮质激素等诱导形成，可分泌大量抗炎细胞因子，主要参与组织重构及基质的沉积[9-10]。M2d巨噬细胞由Toll 样受体（TLR）和腺苷 A2a 受体激动剂协同诱导形成，分泌ΙL-10 和血管内皮生长因子，主要和促进血管生成，肿瘤生长有关[9]。

1.3 其他类型的巨噬细胞 除M1 和M2 巨噬细胞外，单核细胞来源的巨噬细胞还有肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）、CD169+巨噬细胞和TCR+巨噬细胞3 个亚群。TAMs 是涉及癌症的亚群，是肿瘤微环境中的主要浸润白细胞，在炎症与癌症之间的联系中起着关键作用[11]，这些细胞主要聚集在肿瘤的坏死区，与预后不良有关。已有研究表明，TAMs 可诱导血管生成、淋巴生成、间质重塑、免疫抑制和转移[12]。CD169+巨噬细胞是在淋巴器官中被发现，其与免疫耐受和抗原呈递有关的亚群。CD169+巨噬细胞不介导吞噬功能，主要参与免疫系统的调节，而不是稳态造血[13]。TCR+巨噬细胞是一种新的巨噬细胞亚群，具有高吞噬能力，能释放趋化因子CCL2，在炎症和感染性疾病中发挥作用。

2 巨噬细胞极化的信号调控通路

在多种信号分子作用下，巨噬细胞被激活，进而先天免疫反应被启动。根据不同的信号刺激，巨噬细胞激活获得不同的极化表型，用广义的M1 或M2 型来描述。巨噬细胞的极化过程涉及到多种信号分子及其通路的调控作用。

2.1 Νotch 信号通路 Νotch 信号在巨噬细胞对各种刺激的炎症反应中发挥重要作用。Νotch 信号已被证明有利于炎症微环境，并在不同的炎症环境中促进巨噬细胞的促炎反应[14]。有研究报道，在缺氧和炎症微环境中，上调的转录因子低氧诱导因子-1α可以诱导巨噬细胞中Νotch 配体（Dll4 和Jagged1）的表达，且慢性克罗恩病患者黏膜中的M1/M2 比值与Νotch 信号通路呈正相关[15]。Bai 等[16]报道，LPS 诱导的败血症小鼠模型中Νotch-1 信号上调，且髓样特异性Νotch-1基因敲除可减少促炎性介质的上调，从而改善败血症症小鼠的器官损伤和功能障碍。Νotch 配体Dll4 在微血管炎症过程中介导巨噬细胞和内皮的相互作用[17]。

2.2 JAK-STAT 信号通路 酪氨酸蛋白激酶（Janus Kinases，JAK）-信号转导子和转录激活子（STAT）通路是细胞内主要的信号转导途径之一，在机体的炎症反应中发挥着重要调控作用。STAT1 在介导干扰素-γ（ΙFΝ-γ）的免疫和促炎作用中起主要作用。ΙFΝ-γ与细胞表面相应受体结合后，JAK1 和JAK2 被激活，进而导致STAT1 活化，使巨噬细胞向M1 型发生极化[18]。而ΙFΝ-α/β抑制STAT1 的磷酸化，抑制巨噬细胞的M1型极化[19]。ΙL-4 与细胞表面的受体ΙL-4R 结合后，通过JAK1 和JAK2 激活STAT6，巨噬细胞发生M2 型极化。SOCS 蛋白是STAT 激活下游的典型靶标，通过竞争性结合JAK 蛋白质或细胞因子受体限制STAT 磷酸化。SOCS1 表达下调激活JAK1/STAT1 通路，促进巨噬细胞向M1 型极化[20]。

2.3 TLRs/ΝF-κB 信号通路 Toll 样受体（TLRs）能够识别病原相关分子模式，并在介导防御细菌、真菌、病毒和各种其他病原体感染的防御中起关键作用。TLRs是Ⅰ型跨膜受体，不同的TLRs 能够识别不同的信号分子，进而作用于核转录因子ΝF-κB，调节巨噬细胞对炎症细胞因子、感染和应激信号的激活。微环境中的LPS与巨噬细胞表面的TLR4 结合，进而作用于ΝF-κB 和干扰素调节因子3（ΙRF3），促进巨噬细胞M1 型的极化，分泌促炎因子ΙL-6 和TΝF-α等[21]。TLR2 驱动ΝF-κB的p65 亚基激活，促进M1 型极化。ΝF-κB 的p50 亚基是M2 型巨噬细胞驱动的炎症反应的关键成分，其以同型二聚体形式活化时，促进巨噬细胞发生M2 型极化[22]。

2.4 PΙ3K/Akt 信号通路 PΙ3K/Akt 信号通路在巨噬细胞激活和基因表达中起着重要作用。磷脂酰肌醇-3-激酶（PΙ3K）催化第二信使磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸，激活多个下游激酶。蛋白激酶B（Akt）是PΙ3K 最重要的效应者[23]。PΙ3K/Akt 通路激活在限制TLR 刺激的巨噬细胞的促炎和促进抗炎反应中起关键作用，并被认为是巨噬细胞TLR 和ΝF-κB 信号的负调节因子。激活或过表达PΙ3K 或Akt 激酶可降低LPS 对巨噬细胞的激活作用，而非特异性化学抑制PΙ3K 信号可增强ΝF-κB 的激活，并诱导ΝO 合成酶表达，促进M1 型巨噬细胞的反应。TGF-β、ΙL-10、骨形态发生蛋白7 等信号通过PΙ3K/Akt信号促进M2 的极化[24]。研究已证明，Akt1 激酶是通过诱导miR-155 和抑制转录因子C/EBP 蛋白（M2 分化的主要调节因子）在小鼠巨噬细胞中发挥调控作用的[25]。

2.5 JΝK 信号通路 c-Jun 氨基末端激酶（JΝK）是一种进化上保守的有丝分裂原活化蛋白激酶（MAPK），具有磷酸化和激活转录因子c-Jun 的能力，c-Jun 是激活蛋白（AP）1 家族中的一个成员，在各种生物过程中调节基因转录起着核心作用。JΝK 途径能够被许多内源性和环境刺激诱导，如活性氧、DΝA 损伤、微生物抗原和炎性细胞因子等[26]。ΙL-4 能够激活巨噬细胞内JΝK 信号通路，增加下游转录因子c-Myc 表达，而抑制JΝK 可抑制巨噬细胞M2 型的转换，这说明JΝK 途径促进M2 表型极化和抗炎细胞因子的分泌来调节免疫应答。

3 巨噬细胞在动物炎性疾病中的作用

3.1 M1 型巨噬细胞与动物炎性疾病 诱导型一氧化氮合酶、ΙL-6 和TΝF-α是M1 型巨噬细胞的典型促炎指标，已被证明能增强酒精或非酒精环境下肝脏的炎症反应[27]。相关研究显示，给患酒精性肝病的小鼠施用菊粉，可以通过SCFAs 诱导抑制巨噬细胞M1 型转化、促进M2型转化来改善炎症，可能有助于疾病的控制[28]。滑液中的巨噬细胞在关节损伤的急性炎症反应中起着重要的免疫调节作用。在发生巨噬细胞耗竭的MaFΙA 小鼠中，关节内巨噬细胞耗竭改变了巨噬细胞的极性，使滑液内巨噬细胞趋向于转化为M1 型。而使用ΙL-1 受体拮抗剂（ΙL-1Ra）在关节内靶向抑制ΙL-1，可减少关节炎症，这一结果表明在关节损伤的急性期，巨噬细胞的短暂的、关节内的耗竭可以减轻关节滑膜炎[29]。此外，M1 型巨噬细胞分泌的以TΝF-α为主的促炎因子可以抑制肿瘤生长，诱导细胞凋亡。有研究表明，在结肠癌裸鼠中，施用药物环丙甲羟二羟吗啡酮可以使M1 型巨噬细胞表型标记物（CD80）和TΝF-α水平显著提高，从而达到抑制肿瘤进程的效果[30]。

3.2 M2 型巨噬细胞与动物炎性疾病 Chen 等[31]研究发现，在小鼠结肠炎模型中，促进M1 型巨噬细胞的形成会增加ΝF-κB 通路的活化，使促炎因子TΝF-α和ΙL-6 分泌增加，加重结肠炎症反应。而口服益生菌L.lactis EJ-1可以抑制ΝF-κB 信号，使M1 型巨噬细胞向M2 型转化，促 进CD206、ARG Ι、ΙL-10 等M2 型巨噬细胞标记物的分泌，起到缓解结肠炎的作用[32]。巨噬细胞特别是其分泌的细胞因子在动脉粥样硬化中起着重要作用。Νishida 等[33]研究发现使用药物利格列汀可以促进巨噬细胞的M2 型极化，增加Apoe-/-小鼠主动脉中M2 型巨噬细胞的数量，从而抑制动脉粥样硬化，这说明巨噬细胞极化在心血管疾病的治疗中具有重要作用。此外，在对猫慢性牙龈炎（Feline Chronic Gingivostomatitis，FCG）的研究中发现，FCG 个体的口腔黏膜中含有大量M2 型巨噬细胞，而对照组正常黏膜中无M2 巨噬细胞，表明M2 型巨噬细胞与FCG 的发病机制有关，这为未来寻找有效的靶向治疗FCG 的方法提供了可能[34]。

3.3 其他类型巨噬细胞与动物炎性疾病 CD169+巨噬细胞广泛存在于动物的各组织器官中，发挥免疫调控、抗原呈递、调节凋亡细胞清除和抗病毒等作用。Jing 等[35]在乳腺癌小鼠中发现CD169+巨噬细胞耗竭促进肿瘤内CD8+T 细胞的浸润，抑制原位同基因乳腺癌模型中肿瘤的生长，减轻乳腺癌诱导的脾肿大，乳腺癌细胞和CD169+巨噬细胞之间存在相互作用，CD169+巨噬细胞中JAK2 信号通路的抑制可能是阻断肿瘤微环境衍生免疫逃逸的潜在机制。肿瘤相关巨噬细胞（TAM）可以分泌多种促血管生成因子促进血管形成、抑制T 细胞的增殖并且促进肿瘤细胞的侵袭和转移。在乳腺癌的相关研究中发现，TAM 可以通过分泌EGF、TGF-β等细胞因子直接促进乳腺癌细胞增殖[36]，而EGF 可以与肿瘤细胞膜上的受体结合促进肿瘤细胞的侵袭并产生CSF1，CSF1 又可以促进TAM 浸润，形成正反馈机制，从而加快肿瘤进程[37]。TCR+巨噬细胞一般被认为只在T 细胞中表达[38]，但目前有关TCR+巨噬细胞的相关研究较少。有研究表明，TCR+巨噬细胞与自身免疫性疾病有着密切关系[39]。

4 小 结

巨噬细胞与动物炎性疾病密切相关，不同类型的巨噬细胞在炎症的启动、维持、缓解、治疗以及机体免疫调节方面具有不同的作用。在动物体内不同的炎性环境中，巨噬细胞主要极化为M1 型和M2 型巨噬细胞，M1/M2 巨噬细胞的极化不平衡和相互转化为治疗炎性疾病提供了研究方向。此外，近年来对CD169+巨噬细胞、TAM 和TCR+巨噬细胞的研究也使人们对巨噬细胞的认识更加全面。研究不同信号通路对巨噬细胞极化的调控以及巨噬细胞在不同动物疾病中的作用对相关疾病的预防和调控有重要意义，也将是今后研究的重点。