肺泡巨噬细胞极化及其在矽肺纤维化发生发展中作用的研究进展

江枫，唐以军

肺泡巨噬细胞极化及其在矽肺纤维化发生发展中作用的研究进展

江枫，唐以军

湖北医药学院附属十堰市太和医院呼吸与危重症医学科，湖北十堰 442000

巨噬细胞为免疫细胞的一种，具有较强的可塑性和异质性，能响应不同的刺激而改变表型。在矽肺纤维化过程中巨噬细胞极化表型包括M1型巨噬细胞和M2型巨噬细胞。M1巨噬细胞作为促进炎症反应的主要细胞，释放各类炎症介质，在矽肺的早期加重肺泡组织损伤。在矽肺纤维化阶段，M2巨噬细胞释放各类介质及纤维蛋白，促进纤维化的发展。M1、M2型巨噬细胞极化的机制与Notch、核因子kappaB、蛋白酪氨酸激酶/信号传导子和转录活化因子、磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B等信号通路关系密切。通过调节相关信号通路，早期减少M1型巨噬细胞极化，从而减少炎症引起的肺部损伤，在晚期减少M2型巨噬细胞极化，延缓纤维化的进程，将有望改善矽肺的治疗。

矽肺；巨噬细胞极化；肺纤维化；M1型巨噬细胞；M2型巨噬细胞

矽肺是一种主要由长期吸入二氧化硅粉尘引起的以肺部广泛结节性纤维化为特征的疾病，属于尘肺病中进展快、危害最严重的类型，目前治疗方法相对有限。虽然矽肺纤维化病变难以逆转，但肺纤维化是一种慢性进行性病理过程，探索肺纤维化进展机制有重要意义。研究发现，巨噬细胞在矽肺的早期炎症和肺纤维化过程中发挥重要作用［1］。巨噬细胞为免疫细胞的一种，在宿主防御、组织修复及维持内部环境稳态方面起重要作用，其具有较强的可塑性和异质性，在不同微环境信号的诱导下，可极化为功能不同的表型［2］。在矽肺中，当矽尘到达肺组织时，肺泡巨噬细胞通过胶原样巨噬细胞受体与异物结合，进行矽尘吞噬，参与非特异性免疫。部分矽尘吞噬后可被巨噬细胞的溶酶体降解，未及时吞噬的游离的矽尘则会诱导巨噬细胞发生极化，参与肺泡炎症及纤维化［3］。近年来，对与巨噬细胞极化的研究有了深入发展。现就巨噬细胞极化及其在矽肺纤维化发生、发展中的作用综述如下。

1 肺泡巨噬细胞极化

1.1巨噬细胞极化的分类巨噬细胞在肺中分布于不同的位置，对应不同的分工，包括肺泡巨噬细胞、肺间充质巨噬细胞、肺血管内巨噬细胞和支气管巨噬细胞等，其中肺泡巨噬细胞占比90%以上［3］。研究发现，肺巨噬细胞根据其来源可以分为源自自我更新的胚胎前体或源自骨髓中的造血干细胞/祖细胞发育的循环血单核细胞［4］。在生理稳定状态下，肺巨噬细胞主要来源于胚胎发育，其数量的维持依靠自我增殖完成，伴随机体发育长期存在。集落刺激因子受体1、巨噬细胞集落刺激因子在肺巨噬细胞的发育和增殖中起决定性作用。在肺损伤、炎症等情况下，巨噬细胞起源有所改变。研究表明，常驻肺泡巨噬细胞在严重的组织损伤期间会耗尽，根据损伤程度，小鼠肺泡巨噬细胞可通过剩余的常驻巨噬细胞的局部增殖来恢复，如果损伤严重，则将循环血单核细胞募集到肺中，然后分化为单核细胞衍生的巨噬细胞［5］。

巨噬细胞能响应诸多不同的刺激而改变表型，这个过程被称为极化。巨噬细胞在不同的环境及刺激下可极化为M1型巨噬细胞或者M2型巨噬细胞，二者功能差异较大。M1型巨噬细胞由脂多糖或干扰素γ诱导，这种表型的巨噬细胞能分泌大量的促炎细胞因子如白细胞介素-1（IL-1）、IL-6、IL-12、IL-23、肿瘤坏死因子-α（TNF-α），还通过产生活性氧中间产物和一氧化碳合酶发挥强大的细胞毒性和抗增殖效应，参与辅助性T细胞（Th）1免疫、超敏反应、肿瘤抵抗过程［6］。M2型巨噬细胞由IL-4/IL-13刺激产生，这种巨噬细胞通过产生血管生成介质，如转化生长因子-β（TGF-β）、血管内皮生长因子和表皮生长因子，促进炎症消退和伤口愈合。根据其激活分子的不同M2型巨噬细胞又可分为M2a、M2b、M2c、M2d不同亚型，功能各异。M2a表型由IL-4和（或）IL-13激活，分泌大量抗炎细胞因子，参与杀伤胞外病原体、促纤维化、组织重建、血管新生等，并促进Th2免疫；M2b表型由免疫复合物或Toll样受体（TLRs）、IL-1受体配体激活，分泌炎性细胞因子如TNF-α、IL-6、IL-10，参与Th2细胞激活和免疫调节；M2c由IL-10、TGF-β1和糖皮质激素激活，分泌IL-10和TGF-β，参与组织重塑和细胞外基质产生；M2d由TLRs、腺苷A_2a受体激活，参与血管生成、清除凋亡组织及肿瘤相关免疫调节［7］。

1.2巨噬细胞极化通路及关键因子研究报道，识别巨噬细胞的极化状态，并调节巨噬细胞的极化方向，可能是一种新的疾病治疗策略。巨噬细胞极化过程相对复杂，精确调控机制仍不完全清楚，涉及一系列信号通路以及转录和转录后调控网络［8］。

1.2.1促进M1型巨噬细胞极化相关通路及因子研究表明，激活Notch信号通路可促进巨噬细胞极化为M1型巨噬细胞，起到促炎和抗肿瘤作用［9］。Notch信号通路的激活增加了炎症因子如IL-6的分泌，减少了IL-10的释放。在Notch1基因敲除小鼠的肝巨噬细胞中M1型基因的表达降低，从而减轻炎症反应［10］。相反，缺乏典型Notch信号的巨噬细胞通常表现为M2表型。Notch信号不仅可以促进M1型巨噬细胞的分化，还可通过与Delta-like 4结合来阻止M2型巨噬细胞的分化，从而调控M2特异性基因的表达和细胞凋亡［11］。Notch信号调节的巨噬细胞极化可能是重要治疗靶点。

核因子kappaB（NF-κB）是炎症启动和消退的核心调节因子。在急性肺损伤时，外部刺激产生Toll样受体4（TLR4）导致NF-κB的激活以及与M1表型相关的炎症介质产生［12］。TLR4信号通路由髓系分化因子88（MyD88）依赖的通路与MyD88非依赖通路组成，MyD88依赖通路的激活导致干扰素调节因子3（IRF3）在细胞核内的激活和移位，从而诱导Ⅰ型干扰素的分泌，IRF3参与调节M1极化和M1相关基因诱导［13］。NF-κB调节大量炎症基因表达，包括TNF-α、IL-1、环氧合酶2和IL-6，与M1型巨噬细胞的激活有关［12］。

蛋白酪氨酸激酶（JAK）/信号传导子和转录活化因子（STAT）信号转导通路被认为是M1表型调节因子的关键组成部分，下调细胞因子信号转导抑制因子1（SOCS1）可通过JAK/STAT1途径促进M1型巨噬细胞极化［14］。STAT1是激活巨噬细胞和增强炎症的重要转录因子，抑制STAT1活性通过抑制促炎基因的表达和M1型巨噬细胞的极化对急性肺损伤具有保护作用［15］。该信号通路也与M2型巨噬细胞极化相关，酪氨酸磷酸酶通过调节JAK/STAT1活性抑制M2型巨噬细胞极化［16］。

1.2.2促进M2型巨噬细胞极化相关通路及因子TGF-β是被公认为是纤维化疾病的关键促纤维化介质，TGF-β的过度表达导致纤维化［17］。TGF-β通过与TGF-β受体复合物结合来触发细胞内的信号传递，活化的TGF-β通过磷酸化Smad2/3，使Smad2/3与Smad4形成复合物，通过与Smad4反应调控区域结合来调节基因表达［18］。在Smad依赖的途径中，TGF-β上调M2表型基因的表达，并诱导M2型巨噬细胞极化，促进肺成纤维细胞的增殖和分化，加剧肺纤维化的发生［17］。TGF-β在包括肺纤维化在内的纤维化组织反应中起关键作用，酪氨酸激酶抑制剂通过抑制TGF-β1/Smad3途径，从而抑制肺纤维化［19］。

磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）是一类脂激酶，在多种免疫细胞中均有组成性表达，PI3K/蛋白激酶B（AKT）信号通路在巨噬细胞极化中有重要作用。抑制PI3K/AKT通路可抑制M2型巨噬细胞极化，PI3K/AKT信号通路对巨噬细胞极化的贡献取决于AKT亚型［20］。研究提示AKT的基因消融导致巨噬细胞更多向M1表型极化［21］。维持PI3K的激活并促进M2型巨噬细胞极化，分泌更多的纤维蛋白，将导致肺纤维化的继续恶化［8］。

2 矽肺的发病机制

目前矽肺的发病机制尚未完全明确，有研究报道，二氧化硅粉尘-自由基-细胞因子-细胞凋亡是矽肺纤维化发病的作用链［22］。肺泡巨噬细胞是矽尘作用的主要靶细胞，肺泡巨噬细胞在吞噬矽尘后，释放各种致纤维化细胞因子及炎症介质，如TNF-α、IL-1、TGF-β、巨噬细胞源性生长因子等，一方面使炎性细胞浸润，促进肺泡巨噬细胞分化和成熟；另一方面促进炎症介质、细胞因子的进一步分泌，导致肺损伤。除此之外，有研究发现，肺巨噬细胞不仅通过分泌细胞因子及炎症介质参与矽肺纤维化外，其细胞凋亡在矽肺炎症及纤维化的发生发展中发挥重要作用［23］。在矽尘作用下，肺泡巨噬细胞产生大量自由基，引起肺泡巨噬细胞膜出现脂质过氧化反应，致使细胞膜受损，次级溶酶体中的二氧化硅粉尘、水解酶等释放到细胞质中，导致线粒体受损，肺泡巨噬细胞崩解死亡。肺泡巨噬细胞崩解死亡产生诸多活性因子，如纤维粘连蛋白、生长转化因子等，促进成纤维细胞的增殖、聚集及胶原纤维合成等，导致肺组织纤维化病变。近年来，细胞因子在肺纤维化发病中的作用越来越受到重视，不断有新的细胞因子被发现。粉尘、效应细胞和细胞因子等相互作用，构成复杂的细胞分子调节网络，通过多种信号转导途径调控肺部炎症和纤维化的进程。对矽肺发病及进展机制进行分析，将有助于矽肺的个性化预防和治疗。

3 肺泡巨噬细胞极化在矽肺纤维化发生、发展中的作用

肺巨噬细胞是肺局部炎症微环境和炎症反应中最主要的调节细胞，是维持肺功能和屏障免疫的关键哨兵。巨噬细胞的数量和表型被认为在矽肺导致的纤维化病理过程中起关键作用，巨噬细胞参与肺损伤和修复的各个阶段，既可促进纤维化，亦可抑制纤维化［24］。

M1型巨噬细胞可产生多种促炎介质，加重肺部的炎症损伤，M2型巨噬细胞具有抑制炎症，启动伤口修复功能，促进肺部纤维化，这两者之间的长期激活和失衡与矽肺的发病相关。M1型巨噬细胞主要作用于矽肺的早期炎症期。炎症发生时M1型巨噬细胞本身会产生TNF-α、IL-1和氧自由基来促进炎症发生，而在瘢痕组织溶解过程中，M1型巨噬细胞对细胞外基质的降解起重要作用，如M1型巨噬细胞产生的基质金属蛋白酶可促进基质降解，抑制纤维化［25］。M2型巨噬细胞在矽肺的纤维化进展中起关键作用。在M2型巨噬细胞分泌的TGF-β作用下，促进肌成纤维细胞增殖和细胞外基质沉积。M2型巨噬细胞和TGF-β水平升高被认为是纤维化发展的标志，有证据表明，M2型巨噬细胞耗竭导致纤维化的改善［8］。M2型巨噬细胞极化增强通过产生趋化因子、金属蛋白酶组织抑制因子和纤维连接蛋白，抑制炎症反应和促进纤维化肺疾病的发生、发展［26］。

在矽肺的早期，抑制M1型巨噬细胞的极化，可减少相关炎症介质引起的肺部损伤；而在矽肺慢性期，抑制细胞的M2极化，将有效延缓晚期肺纤维化的发生，从而有效改善患者病情。有研究表明，微囊藻毒素可抑制磷酸化AKT和信号转导子和转录激活子6水平，从而使得M2型巨噬细胞极化数量显著减少，下调上皮间质转化，进而减少纤维化相关蛋白的释放，从而改善纤维化［27］。巨噬细胞极化的概念受到越来越多的重视，巨噬细胞在矽肺病理过程中表现出极强的可塑性，这使得靶向调节其极化方向成为可能的治疗靶点。一系列能调节巨噬细胞细胞极化的药物，如雷公藤、姜黄素等药物越来越受到人们的重视，但鉴于天然草药对巨噬细胞极化调节作用相对复杂，涉及的具体机制、信号通路仍在进一步研究中［28-29］。

综上所述，M1型巨噬细胞作为促进炎症反应的主要细胞，释放各类炎症介质，在矽肺的早期加重肺泡组织损伤，在矽肺的纤维化阶段，M2型巨噬细胞释放各类介质及纤维蛋白，促进纤维化的发展。矽肺导致的肺纤维化的趋势和严重程度取决于M1型和M2型巨噬细胞的平衡。通过调节相关通路，早期减少M1型巨噬细胞极化，从而减少炎症引起的肺部损伤；晚期减少M2型巨噬细胞极化，延缓纤维化，将有望改善纤维化进程。

［1］ 李俊霞，殷浩宇，田家齐，等.纳米二氧化硅粉尘暴露对巨噬细胞基因表达影响［J］.中国职业医学，2020，47（5）：533-538.

［2］ 刘利萍，张焱皓，李茂，等.调控巨噬细胞极化的相关信号通路及其调节机制研究进展［J］.中国免疫学杂志，2021，37（6）：747-753.

［3］ 李子轲，赵建，丁日高.肺泡巨噬细胞与急性肺损伤发病机制研究进展［J］.国际药学研究杂志，2018，45（5）：347-352.

［4］ EVREN E， RINGQVIST E， WILLINGER T. Origin and ontogeny of lung macrophages： from mice to humans［J］. Immunology， 2020，160（2）：126-138.

［5］ EVREN E， RINGQVIST E， TRIPATHI K P， et al. Distinct developmental pathways from blood monocytes generate human lung macrophage diversity［J］. Immunity， 2021，54（2）：259-275.e7.

［6］ ATRI C， GUERFALI F Z， LAOUINI D. Role of Human Macrophage Polarization in Inflammation during Infectious Diseases［J］. Int J Mol Sci， 2018，19（6）：1801.

［7］ CHENG P， LI S， CHEN H. Macrophages in Lung Injury， Repair， and Fibrosis［J］. Cells， 2021，10（2）：436.

［8］ WANG L X， ZHANG S X， WU H J， et al. M2b macrophage polarization and its roles in diseases［J］. J Leukoc Biol， 2019，106（2）：345-358.

［9］ WEI W， LI Z P， BIAN Z X， et al. Astragalus polysaccharide rap induces macrophage phenotype polarization to M1 via the notch signaling pathway［J］. Molecules， 2019，24（10）：2016.

［10］ HANS C P， SHARMA N， SEN S， et al. Transcriptomics analysis reveals new insights into the roles of Notch1 signaling on macrophage polarization［J］. Sci Rep， 2019，9（1）：7999.

［11］ PAGIE S， GERARD N， CHARREAU B. Notch signaling triggered via the ligand DLL4 impedes M2 macrophage differentiation and promotes their apoptosis［J］. Cell Commun Signal， 2018，16（1）：4.

［12］ XIAO K， HE W， GUAN W， et al. Mesenchymal stem cells reverse EMT process through blocking the activation of NF-κB and Hedgehog pathways in LPS-induced acute lung injury［J］. Cell Death Dis， 2020，11（10）：863.

［13］ JAIN N， VOGEL V. Spatial confinement downsizes the inflammatory response of macrophages［J］. Nat Mater， 2018，17（12）：1134-1144.

［14］ WU H， ZHENG J， XU S， et al. Mer regulates microglial/macrophage M1/M2 polarization and alleviates neuroinflammation following traumatic brain injury［J］. J Neuroinflammation， 2021，18（1）：2.

［15］ LIU Y， LIU Z， TANG H， et al. The N6-methyladenosine （m6A）-forming enzyme METTL3 facilitates M1 macrophage polarization through the methylation of STAT1 mRNA［J］. Am J Physiol Cell Physiol， 2019，317（4）：C762-C775.

［16］ TAO B， JIN W， XU J， et al. Myeloid-specific disruption of tyrosine phosphatase Shp2 promotes alternative activation of macrophages and predisposes mice to pulmonary fibrosis［J］. J Immunol， 2014，193（6）：2801-2811.

［17］ INUI N， SAKAI S， KITAGAWA M. Molecular pathogenesis of pulmonary fibrosis， with focus on pathways related to TGF-β and the ubiquitin-proteasome pathway［J］. Int J Mol Sci， 2021，22（11）：6107.

［18］ WNUK D， PAW M， RYCZEK K， et al. Enhanced asthma-related fibroblast to myofibroblast transition is the result of profibrotic TGF-β/Smad2/3 pathway intensification and antifibrotic TGF-β/Smad1/5/（8）9 pathway impairment［J］. Sci Rep， 2020，10（1）：16492.

［19］ 贺笑笑，江天，全尚琨，等.酪氨酸激酶抑制剂在肺纤维化治疗中的研究进展［J］.中国综合临床，2019，35（3）：284-288.

［20］ BAO L， LI X. MicroRNA-32 targeting PTEN enhances M2 macrophage polarization in the glioma microenvironment and further promotes the progression of glioma［J］. Mol Cell Biochem， 2019，460（1-2）：67-79.

［21］ LIU W， YU M， XIE D， et al. Melatonin-stimulated MSC-derived exosomes improve diabetic wound healing through regulating macrophage M1 and M2 polarization by targeting the PTEN/AKT pathway［J］. Stem Cell Res Ther， 2020，11（1）：259.

［22］ 邹有硕，赵洋.矽肺发病机制及干细胞治疗研究进展［J］.中国工业医学杂志，2021，34（5）：416-419.

［23］ 沈建玲，赵娜，胡世杰.矽尘诱发自身免疫性疾病及其机制研究进展［J］.中国职业医学，2021，48（3）：340-346.

［24］ GODA C， BALLI D， BLACK M， et al. Loss of FOXM1 in macrophages promotes pulmonary fibrosis by activating p38 MAPK signaling pathway［J］. PLoS Genet， 2020，16（4）：e1008692.

［25］ POUYANFARD S， MESHGIN N， CRUZ L S， et al. Human induced pluripotent stem cell-derived macrophages ameliorate liver fibrosis［J］. Stem Cells， 2021，39（12）：1701-1717.

［26］ WANG Y， ZHANG L， WU G R， et al. MBD2 serves as a viable target against pulmonary fibrosis by inhibiting macrophage M2 program［J］. Sci Adv， 2021，7（1）：eabb6075.

［27］ WANG J， XU L， XIANG Z， et al. Microcystin-LR ameliorates pulmonary fibrosis via modulating CD206+ M2-like macrophage polarization［J］. Cell Death Dis， 2020，11（2）：136.

［28］ 柳笑彦.雷公藤红素对小鼠腹腔巨噬细胞极化分型的影响［J］.基础医学与临床，2018，38（5）：643-648.

［29］ 陈方圆，田刚，白晓君，等.姜黄素诱导小鼠腹腔巨噬细胞向替代激活M2表型极化的机制研究［J］.山西医科大学学报，2020，51（6）：528-534.

（2022-07-03）

湖北省卫生健康委科研项目（WJ2019S024）。

唐以军（E-mail： tangyijun_799@163.com）

10.3969/j.issn.1002-266X.2022.28.027

R563

A

1002-266X（2022）28-0112-04