微生物多糖对巨噬细胞的激活作用及其机制＊

李 晶 钱 文 陈靠山，2 王国栋

1 皖南医学院药学院，安徽省多糖药物工程技术研究中心，安徽芜湖 241002； 2 山东大学生命科学学院，国家糖工程技术研究中心

巨噬细胞起源于血单核细胞，是一类古老而又系统发育保守的免疫细胞，它和中性粒细胞一起组成了上皮屏障后宿主防御的第一道防线，在非特异性免疫应答中发挥着重要的作用，此外巨噬细胞还可以作为抗原递呈细胞与T淋巴细胞相互作用来调节适应性免疫应答［1］。许多生物活性物质都可以激活处于静息状态的巨噬细胞，被激活的巨噬细胞可以产生和分泌多种细胞信号分子和细胞因子，发挥其免疫调节、抗肿瘤、促炎或抗炎、趋化等作用［2］。此外，巨噬细胞还在胚胎发育、创伤修复、清除凋亡细胞和造血的组织重构过程中扮演了重要的角色［3，4］。

糖类是构成生命的三大基本物质之一，而多糖是一类由10个以上单糖通过糖苷键链接而成的大分子物质，除了具有重要的生理意义外，部分多糖还具有良好的药理学活性，例如免疫调节、抗肿瘤、抗炎症、抗病毒及抗氧化等功能［2］。其中免疫调节是多糖最重要的药理学活性之一，由于巨噬细胞是机体非特异性免疫系统的重要组成部分，并且在一定程度上能够影响机体的适应性免疫，因此能够增强巨噬细胞功能就可以理解为能够增强机体的免疫力［1］。经研究发现，许多从植物、动物、微生物中得到的多糖都能激活巨噬细胞，继而增强机体的免疫功能［5］。在这些不同来源的生物活性多糖中，微生物多糖由于其生产周期短，不受季节、气温等条件限制，且产量高、纯化简单，所以具有较强的市场竞争力和广阔的发展前景，因此本文总结了近年来新发现的微生物多糖对巨噬细胞的免疫调节作用及其分子机制，旨在为微生物多糖资源的开发和利用提供一定的参考。

1 微生物多糖对巨噬细胞功能的影响

1.1 对NO生成的影响 NO是一种重要的细胞信号分子，广泛参与了机体多种生理和病理过程，也是一种毒性分子，对肿瘤细胞和病原微生物有很强的杀伤作用［6］。在巨噬细胞中是由诱导型一氧化氮合酶（iNOS）催化L－精氨酸转变为L－瓜氨酸而产生［7］。许多微生物来源的多糖都可以诱导巨噬细胞产生NO。Chang ZQ等从一种多黏类芽孢杆菌JB115的发酵液中分离纯化获得一种β－葡聚糖，能够在30～300μg／ml范围内剂量依赖性的诱导RAW264.7小鼠巨噬细胞产生 NO，在300μg／ml的剂量作用下，所产生的NO浓度是阴性对照的10倍［8］。Xiao JF等从一种海洋丝状真菌YS4108的菌丝体中分离纯化获得一种α－葡聚糖YCP，也能够在50～250μg／ml剂量依赖性的诱导 RAW264.7细胞产生NO［9］。而一种从香菇子实体中获得的β－葡聚糖，可以激活核转录因子NF－κB，但却不能诱导RAW264.7细胞表达iNOS和产生NO，这可能与该多糖刺激NF－κB的P65亚基与另一未知亚基形成复合物，而无法启动相关炎症基因的转录有关［10］。

1.2 对细胞因子分泌的影响 巨噬细胞可以被选择性激活，分别极化成为M1（Classically activated macrophage）或 者 M2 （Alternatively activated macrophage），M1细胞呈现出促炎症反应的能力，维持Th1适应性应答，能够分泌促炎症细胞因子如IL－1、IL－6、IL－12、TNF－α，并对病原微生物或者癌细胞表现出较高的吞噬能力。而M2细胞呈现出抗炎症活性。抑制Th1应答，促进Th2应答，能够分泌抗炎症细胞因子（IL－10、TGF－β），产生 Th2细胞化学引诱物［11］。目前文献所报道微生物来源的多糖多为能够促进巨噬细胞M1极化。Se Eun Byeon等从松茸中分离纯化得到一种多糖片段TmC－2，可以在（1、2、4mg／ml）范围内剂量依赖性的诱导RAW264.7细胞分泌 TNF－α，当作用剂量为4mg／ml时 TNF－α产量与 LPS（1μg／ml）作用时相当［12］。此外，当以小鼠腹腔巨噬细胞作为实验模型时，灵芝孢子多糖GSG可以在50～200μg／ml范围内剂量依 赖 性 的 诱 导 细 胞 分 泌 TNF－α 和 IL－6［13］。 而Chang lu Wang等从白灵菇中获得一种水溶性多糖蛋白复合物PN50G，可以刺激RAW264.7细胞分泌促炎症因子TNF－α和IL－6，同时也能促进抗炎症因子IL－10的分泌，当用LPS刺激RAW264.7细胞构建炎症模型后，用PN50G处理，发现可以显著下调 TNF－α、IL－6、IL－10的分泌，这显示了其具有双向免疫调节作用［14］。

1.3 对吞噬活性的影响 吞噬活性是巨噬细胞展示其免疫防卫作用的重要功能，当机体受到病原微生物入侵或机体出现变异细胞或细胞碎片时，巨噬细胞可以吞噬和消化这些内外源性异物，然后将其递呈给淋巴细胞，进一步提升适应性免疫应答［15］。不少微生物来源的多糖都可以增强巨噬细胞的吞噬活性。Bai Y等从一种南极海洋适冷菌Pseudoaltermonas sp.S－5的发酵液中分离纯化得到一种杂多糖PEP，发现其在5～200μg／ml范围内可以显著提升小鼠腹腔巨噬细胞吞噬酵母颗粒的能力，在50μg／ml的剂量下吞噬活性最强［16］。Hiroaki Kojima等从香菇子实体中分离纯化得到两个多糖片段IA－a和IA－b，使用荧光微球吞噬实验和流式细胞仪检测，发现IA－a，IA－b均可显著增强 RAW264.7细胞的吞噬活性［17］。一种从细脚拟青霉中分离纯化得到的多糖PtP可以在0.125～0.5mg／ml范围内可以显著促进人单核巨噬细胞吞噬中性红，当剂量在0.25mg／ml时吞噬活性最强［18］。

1.4 对其他功能的影响 用来源于白灵菇的多糖蛋白复合物PN50G（5～40μg／ml）处理RAW264.7细胞后于电镜下观察，发现该多糖蛋白复合物可以明显促使该细胞发生形态变化，其中在20μg／ml剂量作用下效果最强，细胞体积增大，形态由圆形变为不规则，并伸出树突状伪足，这些形态变化说明了细胞的黏附和吞噬活性增强［14］。ROS（Reactive oxygen species）是需氧细胞在代谢中产生的一系列活性氧簇，在细胞凋亡的调控和转录因子的激活方面扮演了重要角色，具有广泛的生理意义。来源于松茸的多糖片段 TmC－2可以在（1、2、4mg／ml）范围内剂量依赖性的提高RAW264.7细胞内的ROS水平，而来源于南极海洋适冷菌Pseudoaltermonas sp.S－5发酵液的杂多糖PEP虽然能够上调小鼠腹腔巨噬细胞的免疫活性，但却没有影响ROS的产量，这可能与该多糖无法刺激特定的信号通路有关［16］。此外，从细脚拟青霉中得到的多糖PtP可以明显提升小鼠腹腔巨噬细胞、肺泡巨噬细胞、人单核巨噬细胞中LDH和ACP的水平，LDH和ACP是巨噬细胞的标志酶，PtP能够提升LDH和ACP水平意味着PtP能够激活这三种不同的巨噬细胞［18］。

2 微生物多糖激活巨噬细胞免疫调节作用的机制

近年来随着研究的不断深入，人们对微生物多糖激活巨噬细胞的免疫调节作用的研究已经达到分子受体水平，经研究发现微生物多糖可以与巨噬细胞表面的模式识别受体 （Pattern recognition receptor，PRR）结合，继而启动免疫应答，从而发挥免疫调节作用。能够识别微生物多糖类的PRR主要有：TLR2，4受体、Dectin－1受体、β－葡聚糖受体、CD14、补体受体3（CR3）［19～22］。微生物多糖与 PRR 的结合可触发下游信号分子的产生，继而引发胞内一系列信号级联反应，导致转录因子的激活，诱导相关免疫基因表达，激活免疫反应。目前文献报道的微生物多糖多是与巨噬细胞表面TLR受体结合激活核转录因子NF－κB和丝裂原活化蛋白激酶 MAPKS（包括ERK，JNK，和P38）信号转导途径发挥免疫调节作用。例如来源于蝉拟青霉菌丝体的多糖PCP可以通过与巨噬细胞表面的TLR4受体结合，激活 MAPKS和NF－κB进而诱导巨噬细胞产生NO和分泌细胞因子。当用TLR4siRNA将TLR4基因沉默，用MAPKS和NF－κB的特异性抑制剂处理细胞后，均可以明显下调PCP对巨噬细胞的免疫刺激作用［23］。当用 TLR2、TLR4、CR3抗体处理小鼠腹腔巨噬细胞后，发现只有TLR4抗体处理后可以显著下调猪苓来源的多糖PPS诱导巨噬细胞分泌IL－1β和TNF－α，这说明该多糖是与巨噬细胞表面的TLR4受体结合而发挥其免疫调节作用［24］。来源于海洋丝状真菌YS4108的菌丝体的α－葡聚糖YCP可以与巨噬细胞表面的TLR4和CR3两种受体结合，激活P38MAPK，刺激巨噬细胞产生NO［9］而从紫芝发酵液中分离纯化得到一种胞外多糖片段PS－F2，可以与RAW264.7细胞表面的多种受体（TLR4、CR3、Dectin－1）结合，激活syk，NF－κB和MAPKS，最终诱导 TNF－α的分泌［25］。

细胞信号转导通路十分复杂，且不同通路之间往往相互影响、交互调控，一种微生物多糖可以同时与细胞表面多种受体结合，在不同水平不同环节同时调节多种信号通路。微生物多糖所具有的免疫活性与其对细胞信号转导通路的影响密切相关，从细胞水平和分子水平阐明微生物多糖激活巨噬细胞的信号转导通路，对于将具有良好免疫活性的微生物多糖开发成为新型免疫治疗药物具有重要意义。

3 结语

微生物来源的多糖因为具有易生产、产量高、分离纯化简单等优点而具有很高的应用价值和广阔的发展前景。经研究发现许多微生物来源的多糖都可以通过与巨噬细胞表面的模式识别受体（Pattern recognition receptor，PRR）结合，激活胞内一系列信号级联反应，最终增强巨噬细胞功能，如促进巨噬细胞成熟，增强其吞噬活性，促进细胞信号分子产生和细胞因子的分泌，达到增强机体免疫力的目的。通过研究微生物多糖激活巨噬细胞的分子机制可以从细胞水平和分子水平阐明微生物多糖发挥免疫调节作用的机制，为今后探寻和开发具有免疫调节活性的微生物多糖提供参考。

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