巨噬细胞极化在自身免疫病中的研究进展*

浦婷，王晓明，张爱军

（山东大学齐鲁医院 儿科，山东 济南 250012 ）

巨噬细胞存在于全身各组织器官，除了作为吞噬细胞清除人体中的病原体和细胞碎片外，还发挥免疫调节功能，参与机体的炎症的启动和消退。巨噬细胞具有显著的异质性，根据所处微环境的不同分化为M1 型和M2 型，巨噬细胞表型的异质性也被称为极化。巨噬细胞极化失衡参与了各种自身免疫病的发病过程，如系统性红斑狼疮、类风湿性关节炎、哮喘和免疫性血小板减少症等，目前已有大量的研究证明，巨噬细胞极化可以受到多种细胞因子或转录因子的可逆调控，这为体内重塑巨噬细胞极化，阻止疾病的发生发展提供了理论基础。因此，纠正巨噬细胞极化失衡被认为是一种新的治疗策略，本文将对巨噬细胞极化的特点、机制以及在自身免疫性疾病中的研究进行系统阐述。

1 巨噬细胞的特征及表型

巨噬细胞是具有多种功能的免疫细胞，大多数起源于骨髓干细胞，由单核细胞在巨噬细胞集落刺激因子（macrophage colony stimulating factor,M-CSF）的诱导下分化而来［1］。巨噬细胞具有高度可塑性，根据对微环境刺激反应的不同可分化为不同的细胞表型，即M1 型和M2 型。M1 型巨噬细胞是经典活化的巨噬细胞，在Th1 型细胞因子如干扰素-γ（interferon-γ,INF-γ）、脂多糖（lipopolysaccharide,LPS）、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor,TNF）等的刺激下，通过激活Toll样受体（Toll-like receptors,TLR）和IFN-γ 信号通路活化［2］，活化后的M1 型巨噬细胞产生大量的炎性细胞因子如白细胞介素（interleukin,IL）-1、IL-6、IL-12 和TNF-α 等，参与机体内的急性炎性反应，同时高表达诱导型一氧化氮合酶（iNOS）和活性氧（reactive oxygen species,ROS），诱发Th1型免疫应答发挥杀伤病原菌和抗肿瘤作用，但M1型巨噬细胞过强的促炎作用也会对机体正常组织造成不同程度的炎症损伤。M2 型巨噬细胞是交替活化的巨噬细胞，可被Th2 型细胞因子（IL-4、IL-13）、抗炎分子IL-10 和转化生长因子β（transforming growth factor-β,TGF-β）等刺激活化，活化后的M2 型巨噬细胞产生抗炎细胞因子、清道夫受体及甘露糖受体（CD206）参与炎症消退过程并发挥免疫调节功能［3］。根据接收到刺激的不同，M2 型巨噬细胞进一步可分为四种亚型，即M2a、M2b、M2c 和M2d，每个亚群都有其特异的功能、诱导物及标志物［4］。M2a 又称创伤愈合巨噬细胞，由IL-4 或IL-13 激活，高表达甘露糖受体（CD206）、IL-1 受体（IL-1R）和趋化因子CCL17，分泌转化生长因子（transforming growth factor-α,TGF-α）、胰岛素样生长因子（insulin like growth factor,IGF）及促纤维化因子，具有促进伤口愈合及清除凋亡细胞的作用［5］。M2b 也称调节性巨噬细胞，由免疫复合物和TLR 受体激活，高表达IL-10，低表达IL-12，发挥抗炎功能［6］。M2a 和M2b 型巨噬细胞均具有免疫调节功能，可参与Th2 型细胞免疫反应。M2c 又称获得性失活巨噬细胞，由糖皮质激素和IL-10 通过调节基因转录、激活信号转导和转录激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3,STAT3）激活，高表达CD163、IL-10、TGF-β、MerTK，抑制促炎因子及促炎介质的产生，具有抗炎和修复作用［7］。M2d又称为肿瘤相关性巨噬细胞（tumor-associated macrophages,TAMs），由TLR 和腺苷受体激动剂协同诱导激活，产生大量的IL-10、TGF-β 和少量的IL-12、TNF-α 和IL-1β，构成肿瘤组织中的主要炎症成分，同时分泌血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）促进血管生成，进而促进肿瘤的生长和迁移［3］。M1 型和M2 型巨噬细胞表面分子标记物差异显著，功能相互拮抗，正常情况下，M1 型和M2 型巨噬细胞维持一个动态平衡，M1/M2 极化状态失衡可打破淋巴细胞亚群分化平衡或改变其耐受性清除功能，参与自身免疫病的发生发展。

2 巨噬细胞极化的调控

巨噬细胞极化的机制复杂，主要涉及信号分子及通路、转录因子、表观遗传学、免疫代谢等多方面。越来越多的研究表明，M1/M2 巨噬细胞极化的改变可能是调节免疫反应的关键，主要是通过促进M2 型巨噬细胞极化和抑制M1 型巨噬细胞极化。因此，了解巨噬细胞极化调控有助于阐明自身免疫病的发生发展机制，并为自身免疫病的治疗提供新的方向。

2.1 信号分子及通路

2.1.1 PI3K/Akt 信号通路 磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）催化第二信使磷脂酰肌醇3，4，5-三羧酸肌醇（PIP3）的生成，从而激活多个下游激酶。PI3K/Akt 信号通路在巨噬细胞激活中起着重要作用，并且被认为是巨噬细胞中TLR 和NF-κB 信号传导的负调节因子。核因子κB（nuclear factor κB,NF-κB）是PI3K/Akt 信号通路中的关键信号因子，抑制PI3K 信号可增强NF-κB 的激活，诱导iNOS表达，促进巨噬细胞向M1 极化［8］。Akt 是PI3K经典的下游信号分子，Toll 样受体4（TLR4）通过BCAP 调节蛋白激活PI3K，激活的PI3K 产生PIP3，进一步活化蛋白酶Akt，从而促进巨噬细胞向M2 极化，TGF-β、IL-10 和BMP-7 等信号也可通过PI3K/Akt 信号通路促进M2 极化。Akt 有3 个亚型，即Akt1、Akt2、Akt3，敲除Akt1 基因（Akt1-/-）可以上调iNOS、TNF-α 和IL-6 的表达，促进巨噬细胞向M1 极化，在小鼠巨噬细胞中，Akt1 激酶通过诱导miR-155 和抑制C/EBPβ 来促进巨噬细胞向M2 极化。而敲除Akt2 基因（Akt2-/-）可以上调Arg1、Ym1、Fizzl 和IL-10 的表达，促进巨噬细胞向M2 极化［9］。

2.1.2 JAK/STAT 信号通路 JAKS 和STATS 家族成员分别包括JAK1-3、TYK2 和转录因子STAT1-4、STAT5a、STAT5b 及STAT6 等。STAT 可以被JAK磷酸化，磷酸化的STAT（p-STAT）可以转移至细胞核内，作为调控巨噬细胞M1/M2 极化的关键转录因子调控下游基因表达［10］。IFN-γ 和LPS 诱导的TLR4 激活均能通过JAK-STAT 信号通路使STAT1 磷酸化，增加促炎因子的表达及分泌，进而促进巨噬细胞向M1 型极化［11］。而IFN-α/β 则抑制STAT1 的磷酸化，抑制巨噬细胞向M1 型极化。细胞因子信号抑制物1（suppressor of cytokine signaling 1,SOCS1）是STAT1 途径的内源性抑制剂，通过其KIR 和SH2 结构域启动JAK／STAT 信号通路，促进巨噬细胞向M2 型极化，而SOCS3作为STAT3 的负调节因子，其表达上调可抑制巨噬细胞向M2 型极化［12］。IL-4 或IL-13 使STAT6磷酸化，磷酸化的STAT6（p-STAT6）可直接与Krüppel 样因子（Krüppel-like factor,KLF）-4、PPAR-γ 结合，启动基因转录，促使巨噬细胞向M2 型极化。

2.1.3 Notch 信号通路 Notch 受体包括Notch1、Notch2、Notch3、Notch4，Notch 配体家族包括5个成 员，即Jagged1、Jagged2、DLL1、DLL3 和DLL4。目前认为Notch 信号参与巨噬细胞极化，Notch 信号包括Notch 受体胞内段（NICD）、转录因子RBP-J 和IRF8 的激活，可诱导巨噬细胞向M1 型极化，促炎细胞因子表达增加，促进炎症反应，而阻断Notch 信号可增加抗炎因子的表达，诱导巨噬细胞向M2 极化，抑制炎症反应［13］。信号调节蛋白α（signal regulatory protein α,SIRPα）通过细胞内的SHP-1 信号通路与CD47 相互作用，促进巨噬细胞向M2 型极化，而Notch 信号通路可通过Hes 家族共抑制因子去抑制SIRPα 的表达进而抑制巨噬细胞向M2 型极化，促进巨噬细胞向M1型极化［14］。巨噬细胞在感染副结核分枝杆菌（mycobacterium aviumsubsp.paratuberculosis,MAP）后，细胞内Notch-1 信号被激活，并影响下游的IL-6，促进巨噬细胞向M1 型极化，促进炎性反应，而通过阻断Notch 信号可以将巨噬细胞由M1型极化为M2 型，逆转M1/M2 比率，减轻炎性反应［15］。miR-148a-3p 激活Notch 信号通路促进巨噬细胞向M1 极化，同时抑制巨噬细胞向M2 极化［16］。研究报道，类风湿性关节炎（rheumatoid arthritis,RA）中的滑膜组织可促进Notch 活化骨髓源性巨噬细胞，导致其向M1 极化，而Notch 抑制剂毒胡萝卜素（thapsigargin）可抑制TNF 诱导的M1 型巨噬细胞极化，促进M2 型巨噬细胞极化［17］。

2.1.4 JNK 信号通路 JNK 信号通路是MAPKs 通路的重要分支，JNK 家族包括三种不同的亚型，即JNK1、JNK2 和JNK3。JNK 信号能够被许多内源性和外源性刺激活化，促进炎症反应的发生，并通过胰岛素抵抗在肥胖的代谢反应中发挥关键作用。在IL-4 激活的巨噬细胞中，清道夫受体1（MSR1）通过K63 泛素化激活JNK 信号通路，从而促进巨噬细胞表型从抗炎转变为促炎状态，即M2 型巨噬细胞极化为M1 型巨噬细胞，而这种作用在MSR1 缺失或者JNK 信号抑制后消除［18］。肥胖诱导JNK 活化后，巨噬细胞浸润到脂肪组织，促炎细胞因子表达增加，巨噬细胞向M1 型极化，MLK3 是一种丝裂原活化蛋白激酶激酶（MAP3K），其缺乏可减弱棕榈酸酯或肥胖诱导的JNK 激活和M1 极化。1-磷酸鞘氨醇（S1P）激活ERK 而抑制p38MAPK 和JNK，诱导IL-4 的分泌及其信号传导，促进巨噬细胞向M2 型极化［19］。

2.2 免疫代谢途径

研究发现细胞代谢控制着巨噬细胞的功能。M1 型巨噬细胞的极化主要依赖于有氧糖酵解，而M2 型巨噬细胞的极化则主要受到增强的脂肪酸氧化（fatty acid oxidation,FAO）和氧化磷酸化的影响［20］。M1 型巨噬细胞依赖有氧糖酵解产生的ATP，增加了葡萄糖和谷氨酰胺的消耗，也相应的抑制氧化代谢。对比M2 型巨噬细胞，M1 型巨噬细胞有一个特征性的三羧酸（TCA）循环的断点，导致柠檬酸和琥珀酸的积累，积累的柠檬酸是合成巨噬细胞特异性代谢物衣康酸的前体，衣康酸是干扰素γ/脂多糖极化巨噬细胞的主要特征。通过降低巨噬细胞内的糖酵解水平，抑制M1 型巨噬细胞极化相关标志物的表达，可以达到减少其向M1 极化的目的［21］。多项实验表明，FAO 对于M2 型巨噬细胞极化来说不可或缺，通过使用细胞内线粒体FAO 的限速酶阻断巨噬细胞内FAO，可以抑制IL-4诱导的巨噬细胞向M2 极化，耗竭细胞内的CoA 可以抑制IL-4 诱导的M2 型巨噬细胞极化［22］。谷氨酰胺水解产生α-酮戊二酸（α-ketoglutarate,α-KG）通过参与FAO，也可对M2 型巨噬细胞极化产生影响，同时导致M2 型巨噬细胞基因表观遗传重排。活化PPARα 促进脂肪酸β 氧化可增加M2 型巨噬细胞的活化，从而减少炎性细胞的浸润。因此，可通过增强巨噬细胞内FAO 的过程，增加巨噬细胞向M2 表型的极化。

2.3 微小RNA 调控

MicroRNAs（miRNAs）是一种小的单链、进化保守的非编码RNA 分子。miRNA 通过转录后调控转录因子及下游因子的表达影响巨噬细胞极化。其中目前报道的miRNA-130、miRNA-146、miRNA-155、miRNA-125、miRNA-let-7a/f 和miRNA-378 等与M1型巨噬细胞极化相关，miRNA-21、miRNA-124、miRNA-223、miRNA-223、miRNA-9、miRNA-let-7c/e、miRNA-93、miRNA-146、miRNA-147、miRNA-187 等与M2 型巨噬细胞极化相关［3］。过氧化物酶体增殖物激活受体、干扰素调节因子、信号转导和转录激活因子、缺氧诱导因子、核因子受体、干扰素调节因子和KLF 等都受miRNA 调控，进而影响相关基因的表达，决定巨噬细胞的极化。

3 巨噬细胞极化在自身免疫性疾病中的研究进展

M1/M2 巨噬细胞失衡在多种自身免疫性疾病的发生发展中起重要作用，包括类风湿性关节炎、系统性红斑狼疮、糖尿病和肥胖、哮喘及免疫性血小板减少症等，具体阐述如下。

3.1 类风湿性关节炎

RA 是一种主要影响滑膜、软骨和骨的慢性炎症性自身免疫性疾病，其滑膜组织受到各种炎症细胞的浸润，导致关节损伤，巨噬细胞是滑膜组织中数量最多的炎症细胞。在RA 中，大量的缺氧诱导因子（hypoxia inducible factor,HIF）-1α 及活性氧形成一个特定的炎性环境，促使巨噬细胞向M1 极化。而M1 型巨噬细胞通过产生炎性细胞因子（TNF-α、IL-1β 和IL-6）、化学诱导因子（CCL2和IL-8）和金属蛋白酶（MMP-3 和MMP-12）促进炎症反应，直接或间接的导致软骨和骨骼破坏［23］。相反，M2 型巨噬细胞通过分泌抗炎细胞因子来减轻炎症，抑制RA 的进展。研究表明，与RA 患者相比，健康人群滑膜组织中M1 型巨噬细胞相关标志物水平降低，并且具有M2 型巨噬细胞的表型特征［23］。M1 型巨噬细胞产生的促炎细胞因子和M2型巨噬细胞产生的抗炎细胞因子之间的不平衡是RA 进展的一个特征，M1/M2 比值升高会创造一个促炎环境，导致体外破骨细胞增加，进而形成骨和软骨的炎症和基质破坏。通过直接促进M1 型巨噬细胞凋亡或者诱导其向M2 型巨噬细胞极化可能有助于恢复滑膜稳态，改善RA 病理状态，成为新的的RA 治疗方法。目前已有研究发现纳米材料AgNPs 可协同诱导M1 型巨噬细胞凋亡和巨噬细胞由M1 向M2 型的重新极化减轻RA 中的炎性反应［24］。

3.2 系统性红斑狼疮（systematic lupus erythematosis,SLE）

SLE 是一种累及多个系统，以慢性炎症和组织损伤为特点的自身免疫性疾病。巨噬细胞在SLE 的发病机制中起着关键作用，它不仅作为抗原提呈细胞将自身抗原提呈给T 细胞，激活体液免疫产生自身抗体，还可以产生促炎因子（TNF-α、GM-CSF 和IFN-γ），促进SLE 的发生发展。SLE 患者血清中M1 型巨噬细胞上的标志物表达升高，M2 型巨噬细胞标志物CD163 表达降低［25］。巨噬细胞中的M2a 和M2c 亚群可以抑制SLE 的发生，因此M1 和M2 比例失衡可能是导致SLE 严重炎症的原因。M1 型巨噬细胞在狼疮小鼠中可加重炎性反应，损害其修复功能，促进SLE 患者狼疮性肾炎（lupus nephritis,LN）的发生，而M2 型巨噬细胞可改善LN 的发生发展［26］。在SLE 患者中，巨噬细胞对凋亡细胞内自身抗原的吞噬功能降低可能与持续的炎症有关，而M2 型巨噬细胞在细胞凋亡的早期阶段即可以抗炎的方式去吞噬凋亡细胞，减轻炎症反应。弥漫性肺泡出血（diffuse alveolar hemorrhage,DAH）是发生在SLE 活动期的一种罕见但致命的并发症，DAH 小鼠肺泡巨噬细胞主要表达M1 型炎性因子，包括高水平的iNOS、IL-6、TNFα 和IL-1β，用人脐带间充质干细胞处理后，促炎因子表达降低，M2 型巨噬细胞比例升高［27］。综上，M1/M2 巨噬细胞比例失衡在SLE 发病机制中起重要作用，逆转已经存在的巨噬细胞极化失衡，有可能是治疗SLE 的新靶点。

3.3 Ⅱ型糖尿病和肥胖

Ⅱ型糖尿病是一种具有代谢性和炎症性双重病因的疾病。胰岛素抵抗是大多数Ⅱ型糖尿病患者的特征性病理生理缺陷，而肥胖是胰岛素抵抗最常见的原因。在正常的脂肪组织中由于嗜酸粒细胞分泌大量IL-4，脂肪巨噬细胞（adipose tissue macrophage,ATM）主要表现为M2 型。随着肥胖的发生，机体处于一种慢性、低度炎症状态，M1型巨噬细胞逐渐占据主导地位，引发慢性炎症和胰岛素抵抗。在瘦型动物脂肪组织中，巨噬细胞通常高表达M2 样标志物并产生抗炎细胞因子（IL-10、IL-1Ra）发挥抗炎作用，同时增强机体胰岛素敏感性；而在肥胖动物脂肪组织中，M1 型巨噬细胞比例上调，表达M1 样标志物，分泌并积累促炎因子（IL-6、IL-1β、iNOS 和TNF-α）通过多种通路以促进胰岛素抵抗［28］。用高脂肪饮食喂养小鼠后，ATMs 可从抗炎的M2 型巨噬细胞极化为促炎的M1 型巨噬细胞［29］。在肥胖小鼠慢性减肥过程中，脂肪组织中M2 型巨噬细胞增多，减轻炎症和增强胰岛素敏感性［30］。通过运动训练可以促进M2 型巨噬细胞的极化，从而使肥胖引起的胰岛素抵抗得到改善。巨噬细胞极化在肥胖及Ⅱ型糖尿病的发病中起到不可或缺的作用，可以通过减少高脂饮食和加强运动训练，并采取相应措施抑制脂肪组织巨噬细胞向M1 极化或者促进其向M2极化可以为Ⅱ型糖尿病及肥胖患者提供一种新思路。

3.4 哮喘

哮喘是气道的异质性疾病，以气道高反应性、炎症细胞浸润、可逆性气流受限和气道重塑为特征的慢性炎症性疾病。巨噬细胞是肺组织最丰富的免疫细胞，分为肺泡巨噬细胞（alveolar marcrophage,AM）和肺间质巨噬细胞（interstitial macrophage,IM）。其中AM 存在于肺内表面，分为M1 型巨噬细胞和M2 型巨噬细胞，其极化调控失衡参与了哮喘的发病机制。M2 型AM 被认为是参与哮喘的主要巨噬细胞，其亚型M2a 主要产生过敏性细胞因子IL-4 和IL-13 诱导过敏性免疫反应，而M2c 主要产生抗炎细胞因子促进肺部炎症消退和组织修复［31］。正常情况下肺泡巨噬细胞有利于恢复肺组织微环境平衡并促进组织修复，然而当其过度向M2 型极化时将增加肺内炎症细胞的聚集、粘液分泌进增多而导致气道高反应性［32］。将M2 型巨噬细胞转移到真菌诱导的哮喘小鼠的肺组织后，炎症反应增强，加速了哮喘的病理进程［33］。哮喘患者肺组织中M2 型巨噬细胞数量增加，且与哮喘的严重程度相关。目前仅知道哮喘严重程度与M2 型巨噬细胞数量之间存在相关性，但尚不清楚M2 型巨噬细胞是否积极促进了疾病的进展。M1 型巨噬细胞通过吞噬作用在清除细胞内病原体、诱导T 细胞和B 细胞活化中发挥重要作用，M1 巨噬细胞可以预防哮喘的诱发，但在确定的疾病中会导致严重的皮质类固醇耐药性哮喘。肺巨噬细胞的两种亚型在哮喘中发挥了不同作用，通过调节其极化过程对治疗哮喘具有潜在的价值。

4 巨噬细胞极化在免疫性血小板减少症中的进展

免疫性血小板减少症（immune thrombocytopenia,ITP）是一种常见的自身抗体介导的免疫性出血性疾病，其发病机制的核心是自身抗体致敏的血小板被网状内皮系统中的单核/巨噬细胞吞噬［34］，如自身产生的抗GPⅡb/Ⅲa 抗体的Fab 段与血小板结合，并通过Fc 段结合于脾脏巨噬细胞表面，最终引起血小板被巨噬细胞吞噬和清除。巨噬细胞在ITP 中既可以作为效应细胞吞噬血小板，也可以作为抗原呈递细胞，刺激适应性免疫反应，触发和维持致病性抗血小板自身抗体反应［35］。巨噬细胞极化异常与自身免疫性疾病的发生发展密切相关，研究表明巨噬细胞极化失衡在ITP 中发挥重要作用。TNF-α、IL-6、IL-1 等促炎细胞因子在ITP 患者中的表达增加，导致M1/M2 比例的失衡［36］。在被动和主动ITP 小鼠模型中，抗TNF-α治疗减少了M1 型巨噬细胞的数量，改善了血小板在脾脏和肝脏中的滞留，并增加了ITP 小鼠的血小板水平［37］。ITP 患者中可观察到巨噬细胞向M1型过度极化的现象，而大剂量地塞米松或全反式维甲酸可以部分纠正ITP 患者体内的巨噬细胞极化异常，并诱导其向M2 极化［36］。抗人抗体BJ18通过靶向CD44 纠正ITP 患者中异常的M1 型巨噬细胞极化，有效地减少了血小板破坏［38］。艾曲波帕可通过降低二价金属转运蛋白1（DMT1）的表达来降低M1 型标志物的表达水平，进而减少促炎细胞因子的释放，并抑制铁的摄取，促进巨噬细胞向M2 型极化［39］；沉默miR-155-5p 可以促进PD1/PDL1 通路介导的M2 型巨噬细胞极化，并通过上调SOCS1 来抑制ITP 的进展［40］。综上，ITP中存在巨噬细胞的极化失衡的现象，通过纠正巨噬细胞的极化异常有望成为ITP 的治疗策略。

5 小结与展望

巨噬细胞极化与多种自身免疫病的发生发展密切相关，M1 型巨噬细胞过度极化可促进疾病进展，而通过抑制M1 型巨噬细胞极化或者促进M2型巨噬细胞极化可以改善疾病的发展并增强机体的免疫调节。巨噬细胞的M1 和M2 表型是极化的两个极端，在大部分病理过程中，巨噬细胞极化处于动态的变化过程中，目前关于巨噬细胞极化在ITP 的作用机制研究较少，未来还有很多方面可以做进一步更深入的研究，如巨噬细胞在ITP的各个阶段极化的特点，根据其特点再深入探索巨噬细胞极化的机制，通过靶向巨噬细胞本身或其极化调控机制是否有助于血小板的回升是关注的重点。另外，巨噬细胞极化失衡包括M1 型巨噬细胞极化减少和M2 型巨噬细胞极化增多，现仍然不清楚是两种情况同时存在，还是仅有其中一种情况参与发病，因此，明确巨噬细胞的哪个表型在ITP 中起主要作用可作为下一步研究的方向，更好地为临床提供新的治疗思路。总之，调节巨噬细胞的极化对于预防及治疗自身免疫病具有重要的作用。