肺泡巨噬细胞与病原体感染的相互作用研究进展

冯至真 马翠卿

河北医科大学免疫教研室 河北省重大疾病的免疫机制及干预重点实验室，石家庄050017

肺泡巨噬细胞在呼吸系统发挥抗感染中发挥重要作用。研究发现，肺泡巨噬细胞通过吞噬作用清除入侵的病原体，分泌各种细胞因子，参与固有免疫和适应性免疫应答[1]，从而保护机体。目前，呼吸道感染所致的呼吸系统疾病在临床上十分多见，对人体影响巨大，短时间内会发展为ARDS，严重者可以危及生命。不同病原体感染对呼吸系统产生的的影响相似，但是其具体机制并不完全清楚，探究肺泡巨噬细胞在抗感染过程中的作用具有重要意义。研究旨在为预防和治疗呼吸系统感染提供参考依据。

1 巨噬细胞极化

巨噬细胞在接收到刺激信号后，启动下游信号通路而发生活化，也称为极化[2]。极化巨噬细胞是活化的单核细胞一系列状态的极端，微生物抗原、肿瘤细胞产物、多种细胞因子均可诱导分化和影响其活性状态[3]。巨噬细胞可以分两种类型：M1型和M2型。M1型巨噬细胞可被肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子和γ干扰素(interferon-γ，IFN-γ)等诱导产生，同时高表达IL-12、可溶性细胞因子CD86、TNF-α、CC趋化因子配体2、诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)等促炎性细胞因子，杀伤细胞内病原体、肿瘤细胞，参与Th1型免疫应答。M2型巨噬细胞由IL-4或IL-13和IL-10等一些巨噬细胞活化抑制因子诱导极化，同时高表达抑炎性细胞因子，如甘露糖受体(mannose receptor，MR)、精氨酸酶1、抵抗素样分子α、类几丁质酶3样分子3等，下调M1型巨噬细胞的免疫应答，参与Th2型免疫应答，促进组织修复[4-5]。研究表明，巨噬细胞可在不同功能状态下进行动态转换[6]。

2 巨噬细胞的识别

固有免疫细胞表面模式识别受体(pattern recognition receptor，PRR)对病原体相关模式分子(pathogenassociated molecular patterns，PAMPs)的识别是启动固有免疫应答的关键，多种模式识别受体参与巨噬细胞对病原菌的识别。

2.1 Toll样受体(Toll-like receptors，TLRs) TLRs位于巨噬细胞、树突状细胞和上皮细胞的表面，能够对多种类型的PAMPs和损伤相关模式分子(damage-associated molecular patterns，DAMPs)进行识别。受体配体识别结合后，触发了髓样分化因子88(myeloid differentiation primary response protein 88，MyD88)依赖途径和β干扰素TIR结构域衔接蛋白(TIR domain containing adaptor inducing infterferon-β，TRIF)的信号通路[7]。然后，进一步募集信号通路中的丝裂原活化蛋白激酶(mitogenactivated protein kinases，MAPKs)、转化生长因子β激活性激酶、肿瘤坏死因子受体相关因子6和IL-1受体相关激酶，引起转录因子的核转运[8]。这会引起前炎性细胞因子如TNF-α、IL-1β、IL-12和NO等参与激活宿主天然防御基因的转录[7]。

2.2 核苷酸结合寡聚化结构域NOD样受体(nucleotide binding oligomerization domain receptors，NLRs) NLRs是PRR家族的成员，为天然免疫系统的重要组成成分。在病原体侵入机体时，NLR信号引起核因子κB(nuclear factorκB，NF-κB)，MAPKs和capspase-1的激活，从而引起炎症级联反应[9]，在先天性免疫和获得性免疫应答中起作用，损伤组织和靶器官。

2.3 C型凝集素 C型凝集素是一个参与病原体多聚糖结构识别的PRR家族。主要通过识别病原体表面的糖基化配体来调控吞噬作用，如甘露糖、海藻糖、葡聚糖等。MR在肺泡巨噬细胞中高度表达。研究发现，甘露糖与MR结合可刺激IL-4和IL-13的产生，同时抑制IL-12的产生，参与损伤氧化反应[10]。同时，MR还可以介导吞噬，在抗感染中发挥重要作用。

3 巨噬细胞杀灭病原体

3.1 反应氧中间产物(reactive oxygen intermediates，ROI)和反应氮中间产物(reactive nitrogen intermediate，RNI) 在激活的巨噬细胞内，NO在iNOS催化下生成。产生的NO对所吞噬的肿瘤细胞和微生物具有直接的细胞毒作用，可以有效阻止其在体内的扩散[11]。NO与O2-结合后氧化成NO2-和NO3-。NO、NO2-和NO3-等共同构成的RNI也具有杀菌活性。NO和RNI可共同抵抗多种病原体，是机体最有效的杀菌模式[12]。所以，NO被认为是宿主防御的基本介质[13]。ROI主要在烟酰胺腺嘌呤二核苷酸氧化酶的催化下产生，这些ROI可以进一步抵抗病原体入侵[14]。

3.2 炎性小体 炎性小体是固有免疫系统的重要组成成分，是由胞浆内PRR参与构成的多蛋白复合体[15]。主要由NOD样家族分子(NOD like receptors，NLR)、凋亡相关点状蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing CARD，ASC)和caspase-1构成[16]。多种炎症小体参与了机体对病原体的防御。其中，NLR家族中的NOD样受体蛋白3(NOD-like receptor protein 3，NLRP3)最具代表性，可以被多种病原体激活或被非病原体产生的DAMPs激活[17]。与IL-1受体1(Interleukin-1 receptor，IL-1R1)、TLRs、NLRs和细胞因子受体等结合，通过如TLR-MyD88-TRIF-MAPK-NF-κB等不同信号通路激活NF-κB促 进NLRP3和pro-IL-1β、pro-IL-18转 录，在caspase-1的作用下剪切成有活性的形式，有利于NLRP3炎症小体的活化[18]。而IL-1β和IL-18在保护机体抵抗结核感染中可进一步发挥积极作用[19]。此外，炎症小体也可以能调节依赖caspase-1形式编程性细胞死亡，引起细胞膜破裂，细胞中的ASC speck也随之释放，介导caspase-1的激活。存在于细胞外的ASC speck为caspase-1和IL-1β的活化和发挥作用提供物质基础[20]。

3.3 病原体感染后巨噬细胞的凋亡和坏死 细胞凋亡是在生理或病理情况下，由基因控制的细胞死亡方式。巨噬细胞的凋亡能够杀死其内的病原体，增强机体对病原菌杀伤能力[21]。不同病原体通过不同机制诱导或抑制巨噬细胞的凋亡。酪氨酸激酶和/或转录因子(just another kinase/signal transducer and activator of transcription，JAK/STAT)信号通路在巨噬细胞凋亡过程中发挥着重要的作用，酪氨酸蛋白激酶的激活使JAK2/STAT1磷酸化，进一步促进多种促凋亡基因的表达，以及促进凋亡的发生[22]。

坏死主要是因为细胞膜的不完整从而导致细胞质和核成分释放到细胞外的一种死亡方式。前列腺素E2能够保护线粒体和细胞膜的完整，促使细胞凋亡，而人脂氧素A4引发细胞坏死[23]。巨噬细胞死亡导致病原菌逃逸和扩散感染，不利于机体的免疫应答。

3.4 自噬 宿主细胞可以通过自噬防止病原体在其中繁殖，是防止病原体感染机体的重要手段[24]。自噬相关(autophagy associated gene，ATG)蛋白在调节细胞自噬中起着重要的作用。常见的ATG蛋白有：unc-51样激酶(unc-51-like kinase，ULK)激酶复合物，包括ULK1、ULK2和ATG13等，PI3K复合物，包括VPS34、ATG6(也称Beclin-1)、ATG14(也称Barkor)和VPS15蛋白，ATG9，ATG12-ATG5-ATG16L1复合体，泛素样微管相关蛋白1轻链3(the ubiquitin-like microtubule-associated protein 1 light chain 3，LC3)。ATG12-ATG5-ATG16L1复合体起E3连接酶的作用，使胞质型LC3转为胞膜型LC3-Ⅱ形式，成为具有双层膜的自噬小体，并与溶酶体融合成自噬溶酶体，将内容物降解。宿主细胞的大分子被泛素或半乳凝集素标记，然后被自噬接头蛋白识别，最终再由溶酶体降解[25]。诱导自噬过程的发生，进一步清除病原菌，可能成为多种疾病治疗和预防的一个新的、可行的方法。

4 病原菌逃避巨噬细胞的杀伤

病原菌可通过多种机制产生免疫逃逸作用，逃避巨噬细胞的杀伤作用，从而在巨噬细胞中繁殖。

4.1 抑制巨噬细胞的凋亡 抑制巨噬细胞凋亡是病原体免疫逃逸的重要途径。病原体通过某些机制抑制巨噬细胞凋亡，从而维持其在巨噬细胞内存活。如结核分枝杆菌细胞壁表面表达的甘露糖末端脂阿拉伯甘露聚糖(Man LAM)，具有阻止巨噬细胞蛋白激酶C的活化、下调巨噬细胞中IFN-γ的表达、诱导转化生长因子β的生成的作用，还可激活抗凋亡通路，同时抑制NO的促凋亡作用。Man LAM抑制巨噬细胞凋亡具有Ca2+依赖性，可阻止Ca2+流入胞内，影响P53和BCL-2的表达[26]。某些病原体在不同时相可通过调节宿主细胞凋亡有益于自身发育和感染。衣原体在初期能抑制P2Z/P2X7受体的活化，抑制细胞凋亡促进其在鼠巨噬细胞内的生长；晚期则诱导宿主细胞过表达Bax基因而引起细胞凋亡，促进衣原体释放并感染其他细胞[27]。

4.2 抑制DC提呈抗原 沙门菌向宿主细胞注入效应蛋白破坏宿主细胞的功能，通过毒力岛 1(pathogenicityislands1，SPI-1)和SPI-2编码的毒力因子组装成Ⅲ型分泌系统1(typeⅢsecretingsystem1，T3SS-1)和T3SS-2实现。SPI-2编码的T3SS-2可以干扰抗原的加工和Ag-MHCⅡ复合物的提呈[28]，降低机体对沙门菌的免疫。

4.3 改变巨噬细胞的摄取方式 巨噬细胞通过对病原体表面不同受体的识别，触发相应的信号通路，最终导致病原体在宿主内产生不同结果。例如，结核分枝杆菌若通过MR途径被宿主巨噬细胞识别，会抑制补体受体所介导的Ca2+信号通路，使宿主不能杀灭细菌而在吞噬溶酶体内继续繁殖。另外，MR介导的吞噬途径为病原体提供了适合其生存的有利环境[29]，利于其躲避巨噬细胞的杀伤。

4.4 诱导巨噬细胞高表达抑制分子 多种菌株，例如A族链球菌(group A streptococcus，GAS)通过诱导巨噬细胞高表达抑制分子A20，SOCS-1等以抑制巨噬细胞表达炎症因子，作为免疫逃避的主要模式。IFN-β在GAS诱导巨噬细胞高表达SOCS-1中起作用，IFN-β及其受体主要涉及酪氨酸激酶JAK1和TYK2的细胞内信号转导途径，导致STAT-1活化。另外，在SOCS-1的诱导中TLR4也起到关键作用，MyD88是TLR4的衔接蛋白，在巨噬细胞中通过与JAK1和STAT1形成复合物，促进STAT1活化和磷酸化，进而促进SOCS-1高表达，抑制炎症因子的合成，有利于细菌快速感染[30]。另外，GAS的M蛋白可以诱导巨噬细胞中的A20高表达，其反过来下调IL-1β、TNF-α和IL-6等促炎细胞因子的合成[31]，以促进GAS逃避免疫监视并因此延长在宿主细胞中的存活。

5 总结与展望

本研究描述了肺泡巨噬细胞与胞内病原体感染的相互作用及机制。呼吸道病原体感染过程中，肺泡巨噬细胞为第一道防线，巨噬细胞的募集过程和多种细胞因子的相互作用在宿主抗感染过程中有着十分重要的影响。病原菌在一定条件下也会发生免疫逃逸，躲避巨噬细胞的杀伤而继续增殖。此过程十分复杂，进一步研究巨噬细胞在抗感染中的作用有助于新的免疫制剂的研发，为多种呼吸道疾病的治疗和预防奠定理论基础。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突