巨噬细胞活化参与肺纤维化机制研究进展

蔡泽慧 赵鹏 张蓝熙 李建生

(河南中医药大学 1呼吸疾病中医药防治省部共建协同创新中心，河南 郑州 450046；2河南省中医药防治呼吸病重点实验室；3基础医学院)

肺纤维化是一种进行性、间质纤维化性肺疾病，是多种弥漫性间质性肺疾病(ILD)的共同结局，其中最具代表性的是特发性肺纤维化(IPF)。IPF发病率、死亡率呈逐年上升趋势〔1〕，确诊后患者中位生存期仅为3～5年〔2〕。本病发病机制复杂，临床表现以进行性呼吸困难和肺功能下降为主要特征〔3～6〕；主要病理表现为肺泡上皮损伤、成纤维细胞灶形成和细胞外基质(ECM)过度沉积〔4,7〕；病理机制主要为外源性物质诱导肺泡上皮损伤释放炎性介质，诱导巨噬细胞和中性粒细胞浸润，触发肺组织损伤与过度修复，导致纤维化发生〔8〕。鉴于巨噬细胞在纤维化形成中发挥的重要作用，本文就肺巨噬细胞的分类与功能、巨噬细胞活化及其释放炎症介入肺纤维化机制等研究进展进行综述，为肺纤维化的防治提供参考。

1 肺巨噬细胞的分类与功能

巨噬细胞是固有免疫的重要组成细胞，可吞噬外源物质、清除凋亡细胞和坏死组织、分泌细胞因子，在免疫应答、组织修复和重构等过程中发挥重要作用。巨噬细胞具有异质性，在来源、形态结构、功能上有显著差异〔9,10〕。

根据巨噬细胞在肺部分布情况的不同，可分为肺泡巨噬细胞(AMs)和肺间质巨噬细胞(IMs)，AMs分布于呼吸道和肺泡中，IMs定位尚不明确，可分布于肺泡间质、黏膜下层和血管外膜中〔11〕。AMs体积较大，形状多样，胞质内含有较多溶酶体，主要来源于胚胎卵黄囊巨噬细胞、骨髓中的祖母细胞、胚胎期单核细胞及血液循环和骨髓中的单核细胞。IMs体积较小，形态均一，细胞核较大且核内含有丰富的异染色质，主要由胚胎期卵黄囊和出生后骨髓中的单核细胞发育而来〔12,13〕。AMs的主要功能是杀伤病原微生物、吞噬水溶性差的有机颗粒、释放炎症介质、呈递抗原的同时表达不同的细胞膜受体，是引起肺部炎症反应和纤维化的关键细胞〔11〕。关于肺组织中IMs的功能研究较少，其吞噬、产生氧自由基和趋化性补体的能力较AMs弱，但表达白细胞介素(IL)-6和IL-10能力较AMs强，发挥免疫调节功能〔14〕。根据巨噬细胞活化类型的不同，可分为经典活化的巨噬细胞(M1)和替代活化的巨噬细胞(M2)〔15,16〕。M1由脂多糖(LPS)、干扰素(IFN)-γ、肿瘤坏死因子(TNF)等诱导产生，分泌TNF-α、IL-1β、IL-6等多种细胞因子促进炎症反应〔17,18〕。M2由IL-4、IL-10、IL-13、糖皮质激素、免疫复合物等诱导产生〔19〕，可分为4个亚型：①M2a主要由Th2型细胞因子(IL-4、IL-13)诱导，表达Ⅰ型精氨酸酶编码基因(Arg)-1、甘露糖受体(MR/CD206)、清道夫受体(CD163)及趋化因子配体(CCL)18等，促进组织损伤的修复〔20〕。②M2b由免疫复合物和TLR激动剂诱导，表达IL-10、IL-1、转化生长因子(TGF)-β、并增强机体对LPS毒性的耐受性〔19〕。③M2c由糖皮质激素、IL-10和TGF-β诱导，表达CD206，主要参与免疫抑制反应和组织重塑〔21〕。④M2d可由IL-6和腺苷诱导〔22〕，促进血管生成、ECM重塑并抑制适应性免疫〔23〕。

2 巨噬细胞释放多种介质促进肺纤维化的发生发展

肺纤维化发生发展过程中，烟雾、药物、感染等外源性物质诱导肺泡上皮损伤，同时淋巴细胞激活释放炎症介质，促进巨噬细胞向损伤部位募集、活化，引发异常修复，导致ECM过度沉积，调控肺纤维化的发生发展〔8〕。

2.1IL 在肺纤维化的早期炎症阶段，Th1型细胞因子可将肺组织中巨噬细胞活化为促炎性M1表型，诱导持续的炎症反应和组织损伤〔24～26〕。研究表明急性肺损伤动物模型中的M1型巨噬细胞显著增加，高表达炎症因子和趋化因子，诱导肺泡上皮细胞和血管内皮细胞损伤〔27～29〕；在碳纳米管诱导的小鼠肺纤维化模型中，M1型巨噬细胞在模型诱导的第1天明显上升，第3天达到峰值〔30〕；在二氧化硅、博来霉素或氮芥诱导的肺纤维化模型中，巨噬细胞显著增加，IL-1和TNF-α表达升高，阻断IL-1受体IL-1R1可缓解肺部纤维化〔31〕。巨噬细胞活化还可通过激活NLRP3炎性小体参与肺纤维化发生发展。研究表明在二氧化硅、石棉和碳纳米管等外源性晶体导致的肺纤维化早期炎症性疾病阶段，巨噬细胞中NLRP3炎性小体激活，调节胱冬肽酶(caspase)-1活化，促进胞质内IL-1β成熟与分泌〔32〕；在PM2.5诱导的肺纤维化小鼠模型中，AMs中NLRP3炎性小体被激活，诱导支气管肺泡灌洗液(BALF)中IL-1β和TGF-β1表达升高，且在小鼠小气道周围胶原沉积明显〔33〕。此外，IL-1β可诱导巨噬细胞活化产生TGF-β，促进上皮细胞和成纤维细胞活化、增殖并分化为产生胶原的肌成纤维细胞；还可增加纤溶酶原激活物抑制剂(PAI)-1的表达，抑制ECM降解〔34〕。

在肺纤维化中后期，巨噬细胞活化并分泌IL-10、IL-13、IL-33等Th2型细胞因子，在纤维化形成阶段发挥重要作用〔35～37〕。研究发现在石棉沉积症、结节病患者的BALF和IPF患者的AMs中，IL-10的水平显著升高〔38～40〕；敲除小鼠IL-10基因可抑制二氧化硅或博来霉素诱导的肺纤维化〔41〕。IPF患者的血液和BALF中IL-13水平升高，且与肺纤维化严重程度呈正相关〔42〕；在荧光素异硫氰酸酯诱导的急性肺损伤模型中，巨噬细胞高表达IL-13，诱导成纤维细胞产生ECM并发挥促纤维化作用，抑制IL-13可缓解小鼠肺纤维化发生〔43,44〕；外源性给予IL-33可促进巨噬细胞M2型极化并产生IL-13和TGF-β1，促进肺纤维化的发生发展〔37,45〕。

2.2生长因子 在肺纤维化发生发展的中后期，M2型巨噬细胞在肺组织中比例显著增加，高表达TGF-β、结缔组织生长因子(CTGF)、血小板源性生长因子(PDGF)等促进纤维化因子等〔46〕。TGF-β是典型的促纤维化因子，其中TGF-β1亚型通过激活跨膜受体丝氨酸/苏氨酸激酶和胞质内的Smad2/3信号通路，增加下游胶原Ⅰ和Ⅲ基因转录〔47,48〕；促进成纤维细胞分化为肌成纤维细胞〔49〕。Yao等〔50〕研究发现M2型巨噬细胞中C/EBP同源蛋白表达增加可促进TGF-β表达，促进肺纤维化发展。此外，IPF患者肺巨噬细胞中PDGF表达增加；PDGF可通过IP3门控通道增加Ca2+释放，诱导肺成纤维细胞中ECM相关基因表达；PDGF受体酪氨酸激酶抑制剂伊马替尼可明显改善肺纤维化〔51～53〕。CTGF是参与肺损伤后组织重塑和纤维化的重要因子，在辐射诱导肺损伤中M2型极化的巨噬细胞增加并高表达CTGF，诱导成纤维细胞活化为肌成纤维细胞，抑制CTGF生成后可降低肺纤维化程度〔54,55〕。

2.3趋化因子 巨噬细胞活化可产生CCL2(MCP-1)、CCL17、CCL22和CCL18等趋化因子，促进成纤维细胞的募集与活化。研究发现IPF患者的BALF和血清中CCL2水平显著升高〔56〕；在肺纤维化小鼠模型中，CCL2可诱导纤维细胞向肺泡损伤部位迁移分化为成纤维细胞〔57〕；CCL2还可激活ERK1/2信号通路促进肺成纤维细胞产生IL-6，进而激活IL-6/STAT3信号抑制成纤维细胞凋亡〔58〕。此外，在IPF患者的BALF中，CCL22和CCL17均显著升高，可诱导AMs募集和激活，促进肺纤维化进展；抑制CCL17的生成可减少肺巨噬细胞数量，减缓纤维化发展〔59,60〕。CCL18又称为肺活化调节趋化因子(PARC)，在肺纤维化患者BALF中M2型巨噬细胞高表达CCL18，激活成纤维细胞产生胶原蛋白，胶原蛋白又可正反馈性刺激M2产生CCL18，促进肺纤维化的发展〔61～63〕。

2.4基质金属蛋白酶(MMPs) 巨噬细胞活化后可表达多种MMPs参与ECM重塑。MMPs是锌依赖性肽链内切酶，可调节ECM蛋白沉积和多种蛋白活性，如炎症介质、生长因子、抗纤维化生长因子等〔64〕。IPF患者的AMs中MMP-3表达增加，通过激活β-catenin信号诱导成纤维细胞活化和上皮间质转化〔65〕。IPF患者的BALF和肺组织巨噬细胞内高表达MMP-8〔66〕；肺纤维化小鼠肺巨噬细胞表达MMP-8，可降低炎性蛋白(MIP)-1α和IFN-γ诱导蛋白(IP)-10的水平，促进肺纤维化的发生〔67〕。MMP-9在IPF患者的AMs和IMs中表达升高〔68〕，但MMP-9在纤维化中的作用是双向的，既可激活TGF-β1促进纤维化的发展〔69〕，又可降低胰岛素样生长因子结合蛋白(IGFBP)3，发挥抗纤维化作用〔70〕。AMs还可表达MMP-10，IPF患者血清中MMP-10含量是反映疾病严重程度和预后的生物标志物〔71〕；MMP-10可促进巨噬细胞迁移，并诱导巨噬细胞活化，胶原酶活性增加，发挥抗纤维化作用〔72,73〕。巨噬细胞还可表达MMP-12和MMP-13〔74,75〕，但这两种MMP在肺纤维化中的作用尚存在争议。MMP-28在肺巨噬细胞中普遍存在，在博来霉素诱导的肺纤维化小鼠中，MMP-28通过促进M1极化为M2，诱导成纤维细胞增殖和胶原蛋白生成，从而促进肺纤维化〔76〕。

2.5其他 M2型巨噬细胞还可高表达Arg-1、抵抗素样家族蛋白(Fizz)-1、几丁质酶3样分子3(Chi3l3/Ym-1)、CD206等〔24,77～79〕。Arg-1可将L-精氨酸水解为L-鸟氨酸，促进多胺和脯氨酸合成，为ECM中胶原蛋白的合成提供原料〔79,80〕。Fizz-1为M2极化特异性蛋白，可促进成纤维细胞中α-平滑肌肌动蛋白(SMA)和胶原蛋白生成；减少Fizz-1表达，可减少肺成纤维细胞活化，抑制骨髓来源的巨噬细胞向肺部募集，改善博来霉素诱导的小鼠肺纤维化〔81〕。研究发现微囊藻毒素-LR可以抑制巨噬细胞向CD206+巨噬细胞M2型活化，从而抑制上皮细胞中间质转化信号传导和成纤维细胞活化，改善博来霉素诱导的大鼠肺纤维化〔82〕。

综上，巨噬细胞在肺纤维化的早期炎症反应、中后期纤维化形成阶段均发挥重要作用，干预巨噬细胞异常活化可能是减缓肺纤维化发生发展的重要策略，相关研究取得较大进展。但仍存在有关问题尚需解决，如肺纤维化中不同活化类型的巨噬细胞来源与作用、干预巨噬细胞活化防治肺纤维化的机制等。针对此类问题开展深入研究，将为肺纤维化防治提供新的途径及科学依据。