巨噬细胞与缺血-再灌注损伤相关研究进展

刘琦 张燕楠 孙启全

缺血-再灌注损伤（ischemia-reperfusion injury，IRI）是一个复杂的过程，当流向组织或器官的血流暂时受限后重新恢复时就会导致组织损伤和功能障碍，包括氧化应激、炎症反应、钙超载和细胞死亡[1]。IRI 可在心肌梗死、卒中、器官移植、涉及暂时中断血流的手术等过程中发生[2-4]。避免发生IRI 对于医师来说是一个重要的治疗挑战。

巨噬细胞来源于骨髓中产生的单核细胞，是免疫系统的重要组成部分[5]。除此之外，胚胎来源的组织驻留巨噬细胞是机体天然免疫的核心要件之一[6]。巨噬细胞在免疫反应的早期阶段能吞噬入侵的病原体，并将其碎片提呈给其他免疫细胞如T 细胞并促进其激活和增殖[7]。巨噬细胞影响着IRI 的病理生理发展过程。在缺血期，巨噬细胞被各种信号激活，通过释放活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）、促炎因子和趋化因子等来启动炎症反应[8]。在再灌注期，巨噬细胞大量聚集到损伤部位并发挥双重作用，一方面通过产生细胞因子诱导进一步的炎症和氧化应激，导致组织损伤和功能障碍[9-10]，另一方面通过清除细胞碎片、促进血管生成和释放有助于组织愈合的生长因子来促进组织修复和再生。因此，了解巨噬细胞这两个方面功能之间的复杂平衡对于制定减轻IRI 的治疗策略至关重要。

1 巨噬细胞表型平衡的机制

M1/M2 分型是广泛使用的巨噬细胞分型[11]。M1 型巨噬细胞是促炎细胞，参与病原体的清除[12]，而M2 型巨噬细胞具有抗炎作用，参与组织修复和重塑以及细胞外基质重塑[13]。巨噬细胞最初的促炎激活会导致组织损伤，而它们随后向抗炎和修复表型的过渡则促进组织愈合和损伤消退。这些巨噬细胞表型之间的平衡对于IRI 的结局和治疗十分重要。细胞因子环境的变化与IRI 中巨噬细胞的极化有着紧密的联系。白细胞介素（interleukin，IL）-6 和干扰素（interferon，IFN）-γ 等促炎因子会促进M1 极化[14-15]，而IL-10 和转化生长因子（transforming growth factor，TGF）-β 等抗炎因子则会推动M2 极化[16]，细胞因子环境紊乱，如促炎因子分泌过多或抗炎因子信号不足，都会阻碍向M2 表型的转变。转录因子是调节基因表达的细胞蛋白，过氧化物酶体增殖激活受体γ（peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR-γ）、信号传导和转录激活因子（signal transducer and activator of transcription，STAT）1 和Krüppel 样因子4（Krüppel-like factor 4，KLF4）等转录因子的调控可诱导M2 特异性基因的表达[17-20]。另外，局部微环境如凋亡细胞碎片、细胞外基质成分和特定免疫细胞亚群等因素也可促进M2 极化[21]。而巨噬细胞表型之间的平衡失调会对组织稳态和疾病结果产生重大影响，长期或未解决的炎症可导致持续的M1 表型，使组织损伤永久化，并影响向抗炎M2 表型的过渡，例如，在动脉粥样硬化和自身免疫性疾病等慢性炎症中就会出现这种失衡[22-23]。

2 巨噬细胞向不同缺血组织的募集和浸润的机制

在IRI 过程中，身体的免疫反应被激活，以修复受损的组织。巨噬细胞是浸润缺血组织和参与组织修复这一过程中的重要的一环。在机体发生IRI 时，募集的单核细胞在局部组织因子的影响下分化为巨噬细胞。值得注意的是，巨噬细胞募集和浸润的确切机制取决于特定的组织和缺血性损伤的情况。

2.1 趋化因子

趋化因子是细胞因子的一种，介导免疫细胞向炎症或组织区域定向运动[24]。受伤的细胞释放趋化因子CC 趋化因子配体（CC chemokine ligand，CCL）2、CCL5 和CXC 趋化因子受体（CXC chemokine receptor，CXCR）4 等是吸引巨噬细胞到损伤部位的信号分子[25-28]。在肾IRI 的背景下，CC 趋化因子受体（CC chemokine receptor，CCR）5 协调巨噬细胞的招募和激活，CCR5 拮抗剂通过减少实验性肾小球肾炎模型中单核细胞的沉积来减轻肾损伤[29]。此外，在急性肾损伤到慢性肾病的转换过程中，M1/M2 型巨噬细胞衍生的CCL18 会激增而募集巨噬细胞到肾损伤部位发挥作用，CCL18 的评估可用于监测疾病进展[30]。在心肌IRI 中，CCL1、CCL2、CCL3和CCL7 会显著上调，影响巨噬细胞对损伤反应进行积极调节[31]。

2.2 黏附因子

黏附因子维持组织结构、介导免疫反应和实现各种细胞过程。值得一提的是，细胞黏附连接是心脏中一种特殊的细胞间结构，维持心脏收缩功能[32]。在人冠状动脉和主动脉的内皮细胞中主要表达的整合素（integrin，ITG）A3、ITGA5、ITGA9、ITGA10、ITGB1、ITGB3 以及血管细胞黏附因子（vascular cell adhesion molecule，VCAM）-1 和细胞间黏附分子（intercellular adhesion molecular，ICAM）-1，是炎症期间心脏巨噬细胞积累的有效介质，当这些黏附分子穿过受损组织附近的血管时，会与内皮细胞上的互补黏附分子结合进行跨内皮迁移进入心脏组织，导致巨噬细胞募集到受伤区域[33]。

2.3 常驻巨噬细胞

常驻巨噬细胞存在于特定组织和器官中，其中最典型的是肝脏中的枯否细胞（Küpffer cell，KC）。在没有炎症刺激的情况下，KC 仅从肝窦中募集少量单核细胞来源的巨噬细胞。炎症刺激如IRI 后，一系列促炎刺激和受损肝细胞导致巨噬细胞活化增加、大量单核细胞来源的巨噬细胞和中性粒细胞侵入肝组织，树突状细胞、自然杀伤细胞、中性粒细胞和KC 的相互作用会加重炎症和组织损伤[34]。KC 的极化状态可以增强促炎作用或改善IRI[35]。小胶质细胞是中枢神经系统的组织驻留巨噬细胞[36]，脑IRI 后，活化的小胶质细胞从保护性M2 表型逆转为有害性M1 表型并向缺血脑组织募集，引起炎症反应，并作为引发因素参与并贯穿脑IRI 的全过程，造成一系列恶性循环，最终导致不可逆的脑损伤[37]。

2.4 其 他

组织缺血和缺氧可导致缺氧诱导因子（hypoxiainducible factor，HIF）-1α 等因子的释放，从而影响巨噬细胞的募集和浸润。例如，HIF-1α 因肾脏和心肌缺血而上调，影响缺氧肾脏和心脏微环境中巨噬细胞的募集和激活[38-39]。巨噬细胞还可以与细胞外基质相互作用促进它们在组织中迁移[40]。其他免疫细胞包括中性粒细胞和T 细胞等，可以通过细胞间相互作用和细胞因子的释放来影响巨噬细胞的募集，但是受伤部位免疫细胞的类型和丰度可能有所不同。例如在缺血期间，与肾脏相比，心脏可能具有不同的免疫细胞特征[41]。

3 IRI 中靶向巨噬细胞的治疗策略

3.1 巨噬细胞的耗竭

耗竭或抑制巨噬细胞的活性能减少其有害作用，可以通过各种手段来实现，如使用特异性抗体或药物来针对巨噬细胞的标志物或功能。Hu 等[16]通过使用氯膦酸盐脂质体消耗巨噬细胞和改变炎症因子，有效地降低了肾脏巨噬细胞的数量，并显著减轻了肾纤维化的程度，为开发新的治疗策略提供了思路。

3.2 巨噬细胞极化调节

巨噬细胞可以表现出不同的表型，将巨噬细胞从促炎表型转化为抗炎表型可能有助于减少组织损伤。这可以通过使用促进M2 极化的药物来实现，如某些细胞因子或小分子化合物。PPARγ 作为一种转录因子，已被证明在调控巨噬细胞极化和炎症反应中发挥关键作用。Wang 等[18]证明PPARγ 激动剂可以抑制巨噬细胞向M1 型极化的转变，增加巨噬细胞向M2 型极化的倾向，并且是通过抑制Janus 激酶（Janus kinase，JAK）/STAT 途径来调节的，从而减轻心肌IRI。长春西汀是一种神经保护性血管扩张药物，研究发现长春西汀通过调节Sirt1/SOCS3/STAT3信号通路，在大鼠肠道IRI 中发挥了显著的保护作用，并且能够促进巨噬细胞的M2 型极化，该研究为肠道IRI 的治疗提供了新的治疗策略，并且为相关炎症反应的调控机制提供了新的认识[42]。

3.3 抗炎剂

各种抗炎剂可用于抑制巨噬细胞介导的炎症反应，包括糖皮质激素、非甾体抗炎药、黄酮类药物和免疫调节剂。这些药物可以帮助抑制巨噬细胞的活化和减少炎症因子的释放。山奈酚是一种天然产物，具有抗炎和抗氧化的作用，实验证明与感染组相比，山奈酚处理组显著降低了肾脏炎症因子的水平，减少了巨噬细胞的浸润，并改善了急性肾损伤的临床表现[43]。

3.4 靶向给药

纳米颗粒或脂质体可以被设计成特异性靶向巨噬细胞，并将治疗剂直接输送到这些细胞。这种方法可以进行局部治疗，增强治疗效果同时最大限度地减少脱靶效应。一氧化碳因其有益的特性如抗炎、抗凋亡和促进线粒体生物生成特性而成为一种治疗分子，Zhang 等[44]成功设计并合成了一种纳米发生器，该纳米发生器能够在缺血区域释放一氧化碳，并对过氧亚硝酸根进行高效清除，从而预防心肌IRI。

3.5 巨噬细胞迁移调节

通过抑制巨噬细胞迁移到损伤或炎症的部位，有可能限制巨噬细胞向损伤组织的浸润。靶向参与巨噬细胞迁移的趋化因子受体或黏附分子可以帮助实现这一目标。Chang 等[45]在输尿管梗阻或IRI 诱导进行性肾病的小鼠中，发现血管生成素-1 过表达减少了损伤后巨噬细胞浸润以及活化的巨噬细胞迁移，并保护内皮细胞免受细胞凋亡。研究人员使用选择性的α2 肾上腺素受体激动剂右美托咪定处理心肌IRI 的小鼠，发现右美托咪定处理能通过抑制巨噬细胞迁移抑制因子的表达，减少炎症反应和氧化应激的发生[46]，从而显著减轻心肌IRI。

3.6 干细胞治疗

间充质干细胞（mesenchymal stem cell，MSC）在调节巨噬细胞活性和减轻IRI 方面显示出潜力。MSC 可分泌抗炎因子，改变巨噬细胞功能，促进组织修复[47]。Zhao 等[48]发现MSC 来源的细胞外囊泡通过上调微小RNA（microRNA，miRNA，miR）-182 的表达来调节巨噬细胞极化。miR-182 的过表达能够促进巨噬细胞向抗炎M2 型极化，并减轻心肌IRI。

总而言之，针对巨噬细胞在IRI 中的治疗策略仍在探索中，需要进一步的研究才能充分了解其有效性和安全性。

4 小结

巨噬细胞的激活和极化在炎症反应、组织损伤以及随后的修复过程中发挥重要作用。深入了解巨噬细胞在IRI 过程中的不同活化状态和亚型特征，确定与其相关的信号通路和分子机制，揭示这些网络的关键组成部分、相互作用，并且探索巨噬细胞释放的细胞因子及其相互作用，以及在不同时间点和环境中的动态平衡，有助于开发和优化针对巨噬细胞的治疗干预策略，这可能包括药物干预、基因工程技术、细胞治疗等，以推动IRI 领域的研究进展。