巨噬细胞M1/ M2型极化与免疫炎症性疾病关系的研究进展①

贾 瑞 惠 毅 闫曙光 李京涛

（陕西中医药大学基础医学院，咸阳712046）

巨噬细胞是机体抵御入侵病原体的第一道防线，是免疫应答中的中流砥柱。巨噬细胞参与组织内稳态，促进或消退炎症，导致组织损伤或帮助组织修复。大量证据表明，巨噬细胞极化是一个可被逆转修改的动态过程，其参与了众多免疫炎症性疾病的发生、发展与转归，如：炎症性肠病、自身免疫性肝炎、哮喘、肥胖症等。因此巨噬细胞在近几年已成为极具吸引力的治疗靶点和研究热点，“重新编程”巨噬细胞状态是有前景的新策略。现就靶向巨噬细胞极化在炎症性疾病中作用的研究进展进行综述。

1 巨噬细胞

1.1 来源 最初，单核/巨噬细胞被认为完全来源于骨髓中循环单核细胞的分化。然而，这一观点受到挑战，认为：一些驻留在组织中的巨噬细胞是在出生前就已存在的，来源于胚胎发育期间的卵黄囊，具有自我更新能力，这意味着组织驻留巨噬细胞可不依赖于单核细胞分化而独自在局部重新繁殖［1］。虽然诸多观点认为单核细胞在稳定状态下对组织巨噬细胞贡献很少，大多数组织内的巨噬细胞来源于卵黄囊，但在某些部位，巨噬细胞的含量依然取决于骨髓中单核细胞的持续供给，如皮肤和肠道［2］。皮肤朗格汉斯细胞既包含卵黄囊源又包含胎儿单核细胞源，但胎儿单核细胞衍生的巨噬细胞已成为优势谱系［3］。有研究证明，在小鼠肠道内，巨噬细胞不断从循环血单核细胞中补充，并且仅来源于单个前体［4-5］。此外，最近有研究推翻传统关于心脏巨噬细胞起源的观点，证明其也是由循环血液单核细胞更新的［6］。事实上，每个器官都有其特定的胚胎来源和成人来源的巨噬细胞亚群组成，每个器官决定了出生后循环单核细胞取代常驻巨噬细胞的程度。大多数驻留的组织巨噬细胞可在没有单核细胞输入的情况下无限期地维持自身状态，但如果发生急性和严重的耗竭，循环的单核细胞可以很容易地重新填充巨噬细胞的生态位［7］。有趣的是，最近出现了颠覆传统的一种观念，即成年体内循环的骨髓来源的血液单核细胞在不断替代组织驻留巨噬细胞［8］。

1.2 组织分布 根据解剖位置，组织驻留巨噬细胞被划分为亚群体，包括中枢神经系统中的小胶质细胞、骨中的破骨细胞、肺中的肺泡巨噬细胞、脾脏和间质结缔组织中的组织细胞以及肝脏中的Kupffer细胞。肠道也由不同类型的巨噬细胞组成，这些巨噬细胞共同工作以维持对正常肠道菌群和口服抗原的耐受性［9］。次级淋巴器官也有不同的巨噬细胞群体，包括脾脏的边缘区巨噬细胞，抑制对凋亡细胞的先天免疫和适应性免疫，以及淋巴结的包膜下窦巨噬细胞，从淋巴中清除病毒并启动抗病毒免疫反应。一些巨噬细胞存在于免疫特权部位，如脑、眼和睾丸，这些部位在组织重塑和内稳态中起中心作用。这些组织特异性巨噬细胞吞噬死亡细胞、碎片和外来抗原，协调炎症，并根据需要招募额外的巨噬细胞［10-11］。巨噬细胞几乎遍布全身，参与许多组织器官的生理及病理过程，因此也成为极具吸引力的治疗靶点。

2 巨噬细胞极化不同表型

巨噬细胞具有显著异质性和可塑性，其表型和功能受周围环境调节的过程称为巨噬细胞极化［12］。当前的范式描述了两个巨噬细胞亚群：经典激活的M1 和交替激活的M2 型巨噬细胞，虽然这种二分法过于简化，但目前仍然适用，代表巨噬细胞广谱分化状态的两个极端。

M1 型巨噬细胞通常单独或与Th1 型细胞因子如IFN-γ、GM-CSF 协同致炎和极化，或由脂多糖（LPS）识别，产生促炎细胞因子：TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-12、IL-23、IL-27、CXCL9、CXCL10、CXCL11、CXCL16、CCL5 及低水平的IL-10。在功能上，M1 型巨噬细胞具有高度吞噬性，能快速清除入侵病原体，介导组织损伤，同时启动炎症反应以保护宿主，在炎症初期发挥重要作用，但过量也可损害组织再生、影响伤口愈合，造成宿主损伤［13］。

M2 型巨噬细胞通过IL-4 受体α（IL-4Rα）激活STAT6，从而被Th2 型细胞因子IL-4 和IL-13 极化。除了IL-4 和IL-13 外，IL-10 等其他细胞因子可通过IL-10 受体（IL-10R）激活STAT3 来调控M2 极化［14］。IL-33 是IL-1 家族中的一种细胞因子，与Th2 相关细胞因子相关并诱导M2 极化［15］。在功能上，M2 型巨噬细胞抑制炎症反应，清除碎片和凋亡细胞，促进组织修复和伤口愈合，改善免疫调节，并具有促血管生成和促纤维化特性［16-17］。M2 型巨噬细胞可进一步分为4 个不同的亚型，包括M2a、M2b、M2c 和M2d，不同亚型具有不同作用。①M2a 型由IL-4 和IL-13 诱导并产生高水平的Arg-1、IL-10、TGF-β、FIZZ1、Ym1/2、CCL22、CCL24等分子，诱骗受体IL-1受体Ⅱ（IL-RⅡ）和IL-1受体拮抗剂（IL1Ra），具有抗炎和促进组织修复及清除寄生虫感染的作用［18］；②M2b 亚群可由免疫复合物（ICs）和Toll 样受体（TLR）激动剂或IL-1 受体配体刺激诱导，高表达CD86、MHC-Ⅱ、IL-1、IL-1β、IL-6、TNF-α、IL-10、CCL1等分子，具有促进Th2型反应和抗炎作用［18-19］；③M2c亚群由糖皮质激素和IL-10 诱导，高表达CD163、CD206、IL-10、TGF-β、CCL16、CCL18、CXCL13、MERTK和细胞外基质分子，在抗炎和修复方面发挥作用；④M2d型由TLR激动剂通过腺苷受体诱导，激活腺苷受体之后，抑制促炎细胞因子产生，诱导抗炎细胞因子（IL-10、IL-12）和血管内皮生长因子（VEGF）分泌，参与肿瘤血管生成，促进肿瘤发的生发展及转移［18，20］。

3 巨噬细胞极化与不同免疫炎症性疾病的关系

炎症是人体抵御外源性入侵物或调节机体免疫反应失调必不可少的防御手段。炎症在本质上是保护性的，是修复和再生的前提。如果在修复过程中组织的完整性和体内平衡得到恢复，炎症会自动消退；但如果不能及时终止炎症反应，任由炎症过度发展，则会导致组织向病理性纤维化发展，从而损害正常的组织功能并最终导致器官衰竭［21］。在炎症发生早期，巨噬细胞首先表现出M1 表型，针对刺激释放多种炎症介质以推动炎症反应。起初这些炎性巨噬细胞是有益的，但如果任由M1 型巨噬细胞持续增殖，释放过量炎症因子，就具有致病性，炎症反应随之加重，并导致疾病的进一步发展，如许多慢性炎症和自身免疫性疾病的发生。因此，在炎症后期，为了抵消炎性巨噬细胞反应对组织的损伤潜力，巨噬细胞发生凋亡或转变为抗炎表型，即M2 表型，其分泌大量抗炎因子，抑制炎症反应，促进组织修复、重塑、血管生成和维持体内平衡［22-23］。但同时，巨噬细胞极化是动态可逆的，即当微环境条件变化时，M1 可以转向M2，反之亦然［24］。巨噬细胞极化几乎贯穿疾病发生、发展及转归的全过程，两种极化状态的相继出现是适当终止炎症反应及损伤后修复组织的绝对要求，因此识别巨噬细胞极化动态变化对于阐明疾病进展和设计新的巨噬细胞极化介导的治疗策略至关重要。

3.1 巨噬细胞极化与炎症性肠病（inflammatory bowel disease，IBD） IBD 的特点是肠黏膜慢性炎症，以克罗恩病和溃疡性结肠炎为主要临床表现，目前IBD 的发病机制尚不十分明确，涉及免疫、遗传、环境等多种因素［25］。巨噬细胞是肠黏膜中最丰富的细胞之一，肠道巨噬细胞极化失衡，即细菌和细菌抗原的异常反应触发并驱动了过度的炎症性免疫反应被认为是导致IBD发病机制之一［26］。在健康的肠道环境中，肠道巨噬细胞表现出抗炎、耐受的M2 样表型；但在炎症期间，单核细胞被招募到肠道固有层并成为炎性巨噬细胞，分泌促炎细胞因子，推动炎症反应。在IBD 模型和IBD 患者的结肠中均检测到大量M1 型巨噬细胞，但同时仍有少量M2型巨噬细胞存在，目前虽尚未有对两者具体的定量分析，但此时这些M2 型巨噬细胞依然起到对抗炎症并促进愈合的作用［27］。巨噬细胞极化与IBD进展密切相关，被认为是治疗干预的新靶点。

一方面，一些研究表明，增加M1 型巨噬细胞或减少M2 型巨噬细胞会加重IBD。QUALLS 等［28］证明耗尽单核吞噬细胞会导致M2 型巨噬细胞减少，IL-10 水平显著降低，而促炎细胞因子如IFN-γ 和TNF-α 的水平并不受影响，从而使小鼠更易患DSS诱导的结肠炎。IL-10是代表M2型巨噬细胞维持肠道稳态的关键因子。研究发现，敲除IL-10 的小鼠会发生自发IBD［29］，IL-10 受体（IL-10R）缺乏的患者也会发展为严重的儿童IBD［27］。最新研究发现，IL-16 可通过促进巨噬细胞向M1 型极化从而加重DSS 诱导的IBD［30］。另一方面，大量研究证实，增加结肠M2 型巨噬细胞或减少M1 型巨噬细胞的比例可以改善结肠炎。HUNTER 等［31］发现，在二硝基苯磺酸（DNBS）诱导的小鼠结肠炎前2 天腹腔注射M2型巨噬细胞可减轻小鼠的疾病活性、组织损伤、髓过氧化物酶活性和结肠缩短的程度，在诱导后6 h注射M2 型巨噬细胞也会得到同样的结果［32］。YAP可减弱IL-4/IL-13诱导的M2型巨噬细胞极化，而促进脂多糖/IFN-γ 激活M1 型巨噬细胞产生IL-6，表明YAP 可通过调节M1/M2 型巨噬细胞极化加重炎症性肠病［33］。研究发现细胞外基质蛋白1（ECM1）在炎症条件下组织浸润的巨噬细胞中高表达，巨噬细胞特异性的ECM1 基因敲除会导致精氨酸酶1（ARG1）表达增加，并在脂多糖（LPS）处理后减弱向M1 型巨噬细胞表型的极化，减轻了DSS 诱导的IBD小鼠的病理改变［34］。丁酸盐是一种短链脂肪酸，在结肠中浓度较高，目前已发现在体外和体内可下调结肠巨噬细胞极化失衡，减轻炎症［35］。巨噬细胞极化具有可逆性，在一定条件下转化其表型也是治疗IBD 的一种有效策略。最近发现一种大豆化合物可能对IBD 有治疗作用：用染料木黄酮处理过的DSS诱导的小鼠中，M1型巨噬细胞减少而M2型增多，且使M1 型巨噬细胞极化向M2 表型倾斜，改善实验性结肠炎［36］。另发现乳酸乳杆菌EJ-1 可抑制NF-κB信号并极化M1/M2型巨噬细胞转变，有助于改善结肠炎［37］。TANG 等［38］首次揭示了催产素-催产素受体系统参与调节实验性结肠炎中巨噬细胞向抗炎表型的极化，其实验结果表明，催产素降低了巨噬细胞对LPS 刺激的敏感性，降低了炎症细胞因子IL-1β、IL-6 和TNF-α 的表达，但增强了巨噬细胞对IL-4刺激的敏感性，升高了抗炎因子Arg1、CD206和几丁质酶样3（ChI3）的表达。这种双向调节部分与NF-κB 信号被抑制、信号转导和STAT6 磷酸化增强有关。这也为调节巨噬细胞极化状态治疗IBD提供了新的强有力的证据。另外，许多中药及其成分被证明可以通过调节巨噬细胞极化状态治疗IBD。小檗碱通过AKT1/SOCS1/NF-κB 信号通路抑制巨噬细胞M1极化，从而对抗DSS诱导的结肠炎［39］。黄芩苷可通过上调IRF4 蛋白的表达促使M1 向M2 型巨噬细胞转换，有效改善小鼠结肠炎症状［40］。牛蒡子苷可通过抑制IL-1β、TNF-α和IL-6的表达上调IL-10水平，治疗TNBS 诱导的结肠炎［41］。了解不同肠道环境条件下巨噬细胞极化的状态并调节其表型已经是中西医治疗IBD有效机制之一。

3.2 巨噬细胞极化与自身免疫性肝炎（autoimmune hepatitis，AIH） AIH 是一种肝脏实质性的慢性炎症性疾病，主要由自身免疫反应介导发生，其发病机制尚未完全明确，严重者可发展为肝纤维化、肝硬化、肝衰竭。现阶段我国尚未见可靠的大样本流行病学报道，但随着对该病认识的提高和检查的普及，AIH 的检出率、诊断率不断上升，受到了医学界的广泛关注和重视［42］。免疫细胞，尤其是巨噬细胞侵袭肝脏引发的肝脏炎症是刀豆蛋白A（concanavalin A，Con A）诱导的AIH 的基本特征［43］。在AIH 患者中发现，总巨噬细胞和M1 型巨噬细胞数量增加，而M2 型巨噬细胞数量减少，同样的结果在Con A 诱导的肝炎模型中也得到了验证［44］。巨噬细胞极化参与了自身免疫性肝炎的发病机制。IL-34被发现参与类风湿关节炎、IBD 的炎症进程，但在AIH 中的作用尚不清楚。LIU 等［45］采用Con A 诱导肝炎模型，首次发现Con A 处理的WT 小鼠肝脏中IL-34 的表达低于阴性对照小鼠，提示IL-34 可能在Con A 诱导的肝损伤中起保护作用，他们还发现用Con A处理的IL34-/-小鼠的坏死面积比WT大，IL-34的丢失削弱了IL-10、Arg-1 的表达，抑制了M2 型巨噬细胞的活化，加重了肝组织坏死。为进一步验证，他们将RAW264.7 巨噬细胞与IL-34 共培养，最终得出结论：IL-34在AIH 中可能通过驱动巨噬细胞向M2表型极化抑制炎症，防止肝损伤。

同样，调节炎性巨噬细胞向抗炎表型转化也是治疗AIH 行之有效的方法。间充质干细胞（mesenchymal stem cell，MSC）通过Nrf2/HO-1 信号通路可促进肝脏组织中M1 型巨噬细胞向M2 型巨噬细胞极化，维持自身免疫性肝炎小鼠模型肝脏炎症内环境稳定，发挥其保护肝组织的作用［46］。最近有研究者指出，胡桃科植物枫杨醇提物能够降低血清IL-6和TNF-α 的含量，从而有效抵抗Con A 所致的AIH的机制可能与抑制STAT3 的磷酸化有关［43］。但有趣的是，IL-6和TNF-α同属于M1型巨噬细胞分泌的促炎因子，枫杨醇提物发挥作用的机制是否也与巨噬细胞极化有关，值得进一步考究。由于目前还没有针对AIH 十分有效的治疗方法，因此深入探究其发病机制对临床具有深刻的指导意义，巨噬细胞极化也成为近年来治疗AIH热门的切入点。

3.3 巨噬细胞极化与哮喘（asthma，AA） AA 是一种以气道高反应性、炎症细胞浸润、黏液过度产生和气道重塑为特征的慢性炎症性疾病。肺巨噬细胞表型调节紊乱是AA 发病机制之一，不同极化类型的肺巨噬细胞导致AA 发展走向相反［47］。目前普遍认为M2 型巨噬细胞在AA 发病中起主导作用，有利于组织修复和肺组织微环境内稳态的恢复。然而，过多的M2 型巨噬细胞会增加细胞募集和黏液分泌，导致气道高反应性。MOREIRA 等［48］将M2 表型巨噬细胞转移到真菌诱导的AA 小鼠的肺中后发现炎症反应增强，加速了AA 的病理进程。LncRNA是新近发现的RNA 元件，在多种细胞功能中发挥作用，在巨噬细胞极化中也发挥重要作用，LncRNA AK085865 在AA 小鼠中高表达，被定义为粉尘螨蛋白1诱导的AA期间巨噬细胞极化的调节剂，并促进巨噬细胞向M2 型极化，删除AK085865 会降低M2型巨噬细胞的百分比，表明AK085865 的缺失是AA保护作用的关键因素，AK085865 耗竭可通过调节巨噬细胞极化来改善AA 气道炎症［49］。P2X7R（嘌呤能受体P2X，配体门控离子通道7 受体）是P2Xr（嘌呤能受体P2X）亚家族的成员，选择性地表达于巨噬细胞、DCs 和其他免疫细胞表面。ATP 是一种内源性危险信号，是P2X7R的生理激活剂。eATP和P2X7受体形成ATP/P2X7R轴，与许多炎症介质一起促进炎症反应的发展［50］。最新研究证实ATP/P2X7R激活P2X7R 诱导了M2 型肺巨噬细胞极化，抑制了M1 型极化，参与了AA 的发病［51］。这一发现更加印证了M2型巨噬细胞在AA发病中的主导作用。

然而，越来越多的证据支持M1 表型巨噬细胞参与AA 的发生发展。在严重形式的AA 中，特别是在糖皮质激素治疗耐药的患者中，巨噬细胞被显示为M1 表型，从而产生大量促炎介质，包括TNF-α、IL-1、IL-1β、NO，从而加剧了肺损伤，加速了气道重塑［52］。例如，在过敏原诱导的气道疾病小鼠模型中，M1 表型产生的NO 导致DNA 氧化损伤和炎症，增加黏液产生，并放大肺损伤［53］。在蟑螂提取物（cockroach extract，CRE）诱导的AA 小鼠模型中发现，MSC 可通过激活芳香烃受体（aromatic hydrocarbon receptor，AHR）信号将巨噬细胞从促炎的M1 表型极化为抗炎的M2 表型［54］。另外，氢气吸入可促进卵清蛋白（ovalbumin，OVA）诱导的AA 小鼠肺泡巨噬细胞吞噬功能，这可能与氢气的抗氧化作用和激活Nrf2 途径有关［55］。关于AA 发病过程中哪种类型的肺巨噬细胞占主导地位仍有争议，但巨噬细胞无疑是探讨其发病机制中关键一环，因而调节巨噬细胞极化平衡也是临床解决AA的重要途径。

3.4 巨噬细胞极化与肥胖症 肥胖是一种代谢紊乱性疾病，可能导致胰岛素抵抗，葡萄糖耐受不良，血脂异常以及高血压。大量证据表明，肥胖也是一种慢性低度炎症性疾病［56］。肥胖的炎症反应的重要引发剂是脂肪组织，其由脂肪细胞、前脂肪细胞、内皮细胞和免疫细胞（如巨噬细胞和淋巴细胞）组成，特别是巨噬细胞对脂肪组织的感知是肥胖相关合并症的关键事件［57］。巨噬细胞的聚集与肥胖的程度相关，肥胖者的脂肪细胞通过释放炎症介质，如趋化因子、肿瘤坏死因子或游离脂肪酸来促进巨噬细胞的聚集和激活，激活的巨噬细胞会分泌促炎细胞因子并形成炎性回路，从而阻断脂肪细胞的胰岛素作用并导致胰岛素抵抗［58］。肥胖小鼠中以M1型巨噬细胞为主，他们在脂肪细胞的参与下分泌促炎细胞因子，导致胰岛素抵抗。此外，肥胖应激不仅促进炎性巨噬细胞浸润到脂肪组织中，而且还导致M2 型驻留巨噬细胞表型转变为M1 型［59］。然而，瘦肉动物的脂肪组织还含有中等数量的M2 型巨噬细胞，在人类肥胖中结果也是如此［60］。因此，肥胖的原因之一可能与M1 促炎巨噬细胞过度反应，巨噬细胞极化失衡有关。在肥胖的发展过程中，脂肪细胞也被证明是巨噬细胞极化的协调器，其分泌蛋白组转变为促炎性特征，从而诱发M1 样极化［61］。葡萄糖调节蛋白94（glucose-regulated protein 94，GRP94）最近被证实是M1 型巨噬细胞极化、胰岛素抵抗和炎症的一种新的调节因子［62］。

调整巨噬细胞极化状态，增加抗炎巨噬细胞的形成，是治疗肥胖症的可能途径之一。一项动物研究表明，在慢性减肥过程中，脂肪组织中M2 型巨噬细胞增多，这些细胞可能通过预防炎症和促进胰岛素敏感性而在脂解和组织稳态中发挥重要作用，且M2型巨噬细胞在遇到寒冷的环境时，可使细胞功能和生理过程保持在正常状态［63-64］。这些都说明M2型巨噬细胞在抵抗肥胖过程中起关键作用。IL-6在调节免疫反应中具有促炎和抗炎双重作用。在急性炎症和败血症模型中，IL-6 促进炎症并介导单核细胞募集。但最近一项研究显示了IL-6 的抗炎功能，在高脂饮食喂养的肥胖小鼠中，髓样细胞中IL-6信号的破坏导致系统性炎症过度，驱动小鼠朝M2型巨噬细胞极化［65］。BRAUNE 等［66］最近证实了IL-6介导的巨噬细胞反应的这种双重性，表明IL-6 促进了肥胖期间脂肪组织中M2 样巨噬细胞的局部增生，可能是通过IL-4Rα 上调而对IL-4 增敏。另外，最新研究发现，Spexin（SPX）是一种新型的脂肪因子，与许多代谢作用有关，例如胃肠运动、胰岛素和葡萄糖稳态、脂质代谢和能量平衡［67］。GAMBARO等［67］证实SPX 直接或间接通过成熟的脂肪细胞诱导M1 型巨噬细胞极化的降低，从而改善肥胖状况。此外，转化M1/M2 表型也是治疗肥胖的有效措施。研 究发 现，2- 甲 氧 基雌 二醇（2-methoxyestradiol，2ME2）通过抑制巨噬细胞浸润，并将巨噬细胞从促炎的M1 表型转变为M2 的抗炎表型，可改善高脂饮食诱导的肥胖和糖耐量异常［68］。另外，表观遗传机制也参与肥胖期间调节巨噬细胞的极化，最新研究证实，肥胖时巨噬细胞炎症抑制转录本（一种新的保护性长非编码RNA）的缺失，可能通过表观遗传机制导致巨噬细胞促炎表型和代谢紊乱［69］。可见，巨噬细胞极化在治疗肥胖过程中也起到不可或缺的作用。

4 小结与展望

巨噬细胞是固有免疫系统中相当重要的一部分，其可根据特定的环境进行表型和功能动态转换的这一“极化”现象，不仅在炎症性疾病中发挥重要作用，也参与了许多代谢性疾病、感染、动脉粥样硬化、脓毒症及癌症等疾病的病理过程，以调节巨噬细胞极化平衡为中心的治疗策略已经愈来愈受到国内外研究人员的重视和采纳。尽管近年来在巨噬细胞极化的认识上取得了长足的进步，但仍有许多方面需要深入研究：①巨噬细胞极化是一个动态过程，目前监测只能固定在某个时间和特定环境中，未来应考虑如何实现动态监测，以便更好地观察其变化；②人和小鼠中的巨噬细胞存在差异，不能一概论之，虽然目前实验有局限性，但未来可以考虑采用人源化小鼠观察，尽可能地缩小由巨噬细胞不同的采集来源所带来的差异，为观察巨噬细胞极化在人类疾病中发挥的作用提供更优解；③对于如何调控巨噬细胞极化的相关通路值得更深入的研究，以期为临床提供更坚实的理论基础。