巨噬细胞在肺动脉高压发病机制中的作用

魏桂红 孔辉 解卫平

南京医科大学第一附属医院呼吸与危重症医学科210029

肺动脉高压(pulmonary arterial hypertension,PAH)是由多种有害因素引起肺动脉内皮损伤、血管平滑肌增殖、外膜纤维化,从而使肺血管阻力与肺动脉压力进行性升高,最终导致右心功能衰竭和死亡的一种肺血管疾病。近年来发现,靶向一氧化氮、内皮素及前列环素通路的药物可缓解PAH患者的症状,延缓PAH进程,改善PAH患者的生活质量。但靶向药物长时间使用易产生耐药,且逆转PAH肺血管重塑作用有限,因此患者的远期预后依然很差。

PAH发病受到遗传、代谢、免疫炎症反应等多因素的影响。近年来,炎症反应在PAH中的作用越来越受到关注：在PAH患者的肺部病变血管周围发现各种类型的炎症细胞浸润,包括巨噬细胞、肥大细胞、淋巴细胞等[1]；PAH患者血清细胞因子如IL-1、IL-6和肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)水平较健康人群显著升高[2]；抑制炎症反应可在一定程度上改善PAH患者的临床症状[3]。巨噬细胞具有高度的异质性和可塑性,是PAH发生过程中肺动脉周围炎症细胞浸润的主要组分之一,参与了肺血管重构和PAH的形成。本文就巨噬细胞来源、分布及其功能,巨噬细胞在PAH发生、发展中的作用及影响巨噬细胞功能的因素进行综述。

1 巨噬细胞

1.1来源及分布 单核吞噬细胞系统的概念由van furth等于20世纪60年代末首次提出,包括循环单核细胞和组织巨噬细胞。外周血单核细胞由骨髓中的髓样干细胞在细胞因子刺激下经原单核细胞、前单核细胞过程分化发育而来,常黏附于血管内皮,可穿过血管内皮移行到不同的组织并分化为巨噬细胞。

巨噬细胞是一种位于组织内的白细胞,存在于人体各器官中。一般认为成熟的巨噬细胞很少有或没有增殖能力,不断被骨髓前体细胞分化而来的新巨噬细胞所补充。不同器官组织中存留的巨噬细胞由于微环境差异名称各异,如肝脏的Kupffer细胞、肺组织中的肺泡巨噬细胞、神经系统的小胶质细胞。

1.2分型及功能 巨噬细胞具有高度的多样性和可塑性。一旦它们移行至组织内能分化为2种主要的功能表型,即经典活化的1型巨噬细胞(M1型)和替代活化的2型巨噬细胞(M2型)[4]。缺氧、炎症等不同刺激信号可改变其表型。M1型可由细菌产物如脂多糖和干扰素-γ等诱导产生；而在IL-4、IL-10、IL-13等刺激下,巨噬细胞表现为替代活化的M2表型。

M1型巨噬细胞参与免疫应答的起始和调控,分泌IL-1、IL-6、IL-12、TNF-α、CXCL1-3、CXCL5、CXCL8-10、诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)、一氧化氮和活性氧簇等,表现出很强的促炎及抗原提呈能力,对病原体发挥免疫清除功能。M2型巨噬细胞可以在没有感染的愈合型环境中观察到,产生如IL-10、精氨酸酶1、几丁质酶3样蛋白3、转化生长因子β、血小板衍生生长因子等,具有抗炎、促进伤口愈合和纤维化、修复组织、调节免疫等作用。

2 巨噬细胞与PAH

2.1巨噬细胞在PAH中分布 在PAH患者以及严重PAH动物模型闭塞性丛状病变血管周围均存在巨噬细胞的募集；肺血管周围的炎症反应可使外周血单核细胞以及组织中存留的巨噬细胞加速募集于病变血管周围[1]。

2.2巨噬细胞释放的细胞因子与PAH 炎性细胞因子和肺血管之间的相互作用在PAH的发病机制中具有重要作用。IL-1β、IL-6、TNF-α等是主要促炎细胞因子,在炎症反应中可由单核细胞和巨噬细胞合成及释放,这些炎症因子增加往往提示预后不良[5]。白三烯B4是包括巨噬细胞在内的白细胞产生的重要炎症介质,可通过与其功能受体白三烯B4受体结合诱导肺动脉内皮细胞凋亡和肺动脉平滑肌细胞增殖[6],也可引起人肺动脉外膜成纤维细胞增殖、迁移和分化[7],与肺血管重塑有关。

2.3巨噬细胞迁移抑制因子(macrophage migration inhibitory factor,MIF)与PAH MIF是一种具有促炎功能的多效性细胞因子,可通过自分泌作用抑制巨噬细胞的游走功能,从而导致巨噬细胞在炎症部位的聚集。其次,MIF能上调如IL-6和TNF-α等其他炎性细胞因子的释放,促进炎症级联反应发生。此外,MIF还可以上调血管生成素和血管生长因子,从而促血管生成[8]。

2.4巨噬细胞极化与PAH 目前从巨噬细胞角度研究的PAH治疗策略主要集中于减少巨噬细胞募集和炎症因子释放,需要进一步研究巨噬细胞极化在PAH疾病控制中的作用及探讨新的治疗策略。巨噬细胞M1/M2极化被认为与多种疾病(如肿瘤[9]、动脉粥样硬化[10]等)有关。鉴于巨噬细胞表型的复杂性及不同表型的转化调节在炎症性疾病的发生、发展中发挥作用,推测其表型调节与PAH发展有关[11]。研究表明缺氧诱导的小鼠PAH病变早期,与M1型相关的炎性细胞因子表达上调,而后在支气管肺泡灌洗液中M2型标志物如精氨酸酶1、几丁质酶3样蛋白3被检测到。体外实验表明M2型巨噬细胞可促进肺动脉平滑肌细胞增殖[12]。早期炎性巨噬细胞的积累和后期M2型巨噬细胞的激活和PAH发展有联系,在PAH发生不同时期靶向清除或灭活巨噬细胞亚型可能改变PAH疾病的结局,且M2型巨噬细胞的激活可能作为一个生物标志物来确定抗炎治疗的时机。

3 影响巨噬细胞功能的因素

3.1相关免疫细胞 在PAH发展过程中巨噬细胞可向T细胞提供活化信号启动适应性免疫应答,Th1免疫反应特征是分泌干扰素-γ和TNF-α。体外极化的M1型巨噬细胞可作为Th1免疫反应的效应细胞产生炎症因子。Th2免疫反应特征是产生IL-4、IL-5和IL-13,与M2型巨噬细胞激活有关。调节性T淋巴细胞可抑制巨噬细胞的活化和迁移及炎性细胞因子的释放,其功能降低可促进PAH的发生[13]。B淋巴细胞是体液免疫反应的基础,通过递呈抗原、产生各种细胞因子,对巨噬细胞、肥大细胞等参与的细胞免疫调节发挥重要作用。树突状细胞以及单核细胞由髓样干细胞分化而来,是重要的抗原递呈细胞,成熟的树突状细胞能激活初始T细胞,启动、调控并维持巨噬细胞参与的免疫应答。肥大细胞是参与肺血管重构的主要炎症细胞[14],是激活先天免疫和适应性免疫的关键。活化的肥大细胞可以产生炎性细胞因子如IL-6直接参与肺血管周围的炎症反应及肺血管重塑[15]。中性粒细胞可以释放炎性细胞因子如IL-1、IL-6,可与巨噬细胞、肥大细胞发挥协同作用进一步加重肺血管的损伤。

3.2遗传 骨形态发生蛋白受体2突变或表达降低可使粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子水平增加,从而增加巨噬细胞募集及肺血管远端动脉肌化程度[16]。microRNA作为生物过程中的重要调节者,在巨噬细胞参与PAH过程中发挥重要作用。研究表明microRNA-155[17]通过C/EBPβ通路抑制小鼠模型和骨髓来源的原代巨噬细胞的M2极化。长链非编码RNA MM2P在巨噬细胞M2极化时上调,而在M1型巨噬细胞中下调,敲除长链非编码RNA MM2P可阻断巨噬细胞向M2型极化[18]。

3.3感染 人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV)感染患者对PAH的易感性和患病严重程度增加。HIV感染的单核细胞源性巨噬细胞的条件培养基可促进缺氧诱导的肺动脉内皮细胞增殖,并且HIV-1蛋白可加重肺血管阻力,加剧缺氧诱导的PAH[19]。淋病奈瑟菌可通过调节人巨噬细胞向M2型转化从而调节免疫[20]。

3.4代谢 代谢改变涉及到糖酵解、脂肪酸氧化和活性氧的产生。缺氧时肺动脉外膜成纤维细胞活化,通过旁分泌作用分泌IL-6诱导巨噬细胞向M2型极化,表现为M2型巨噬细胞相关标志物转录水平增加[21],改变代谢表型如减少氧化应激可以减轻PAH巨噬细胞募集和活化[22]。

3.5其他 慢性吸烟导致耐受性破坏和免疫功能的改变,香烟烟雾提取物引起巨噬细胞向M2型极化[23]。一氧化碳具有调节炎症、细胞凋亡和增殖的作用,羰基钌一氧化碳释放分子3是一种以可控的方式释放一氧化碳的水溶性化合物,可调节体外培养的肺巨噬细胞M1和M2极化表型,具体表现为持续抑制M1型极化巨噬细胞iNOS分泌,并在早期短时间内上调M2型巨噬细胞CD206和Ym-1蛋白表达等[24]。

4 靶向巨噬细胞的治疗对PAH的作用

抑制巨噬细胞在肺血管周围的募集可能是治疗PAH的策略之一,如生物活性肽Salusin-β阻滞剂[25]、MIF拮抗剂[26]等可抑制巨噬细胞在病变肺血管周围的募集,从而改善PAH患者的临床症状或减轻MCT诱导的PAH动物模型肺血管重构。IL-6受体阻断剂治疗可阻止缺氧诱导的PAH大鼠肺部M2型巨噬细胞募集,同样IL-6信号的下游IL-21在接受肺移植的特发性PAH患者肺部显著表达,IL-21受体缺陷小鼠肺部没有明显的M2型巨噬细胞募集,IL-6/IL-21信号轴调控巨噬细胞的M2型极化[27],可能是治疗PAH的潜在靶点。

白三烯B4可诱导肺动脉内皮细胞凋亡,降低巨噬细胞源性白三烯B4水平可抑制肺动脉内皮细胞凋亡,延缓PAH进程[6]。慢性间歇性缺氧可使循环单核细胞向肺部迁移增加,从而使肺血管周围巨噬细胞数量增加,慢性间歇性缺氧也可使交感神经兴奋。研究表明,缺氧可使大鼠巨噬细胞β3-肾上腺素能受体和iNOS信号上调,体外刺激巨噬细胞β3-肾上腺素能受体/iNOS信号通路可促进一氧化氮分泌,减弱缺氧诱导的肺血管收缩[28]。间充质干细胞输注治疗可减少MCT诱导的PAH大鼠肺血管重构,改善血流动力学,产生治疗效果的机制可能与减少肺血管结构细胞过度增殖及减少M1型巨噬细胞数量从而减轻炎症反应有关[29]。肺动脉外膜成纤维细胞在低氧条件下可被活化,通过旁分泌作用激活巨噬细胞,使之趋向于促进炎症/促重塑表型分化,从而形成肺血管的慢性炎症过程,促进肺血管的重构[24]。HIV感染的人单核细胞源性巨噬细胞释放出很多细胞外囊泡,这些细胞外囊泡可导致人肺动脉平滑肌细胞增殖[30],如果能够减少巨噬细胞细胞外囊泡的释放,或许对PAH产生治疗效果。

5 总结与展望

综上所述,免疫炎症反应在PAH发生、发展中发挥重要作用,巨噬细胞是参与免疫炎症反应的重要一员。巨噬细胞相关炎症介质参与肺血管重塑,在不同条件下巨噬细胞可极化为M1或M2型发挥不同作用。巨噬细胞功能受相关免疫细胞、遗传、感染、代谢等多种因素影响。因其具有高度的异质性和可塑性,未来或许可以从巨噬细胞募集、极化、功能调节等角度研究治疗PAH的新策略。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突