王 琳，徐 萍，王 静

(1.南京医科大学，南京210029； 2.南京医科大学附属松江医院 上海市松江区中心医院消化内科，上海201600)

巨噬细胞在组织稳态和炎症中发挥核心作用，参与多种疾病的病理生理过程。其不同表型在维持机体平衡方面扮演不同的角色，M1型巨噬细胞主要由γ干扰素(interferon-γ，IFN-γ)和内毒素诱导，分泌促炎细胞因子[白细胞介素(interleukin，IL)-1β、IL-6、IL-12和肿瘤坏死因子-α]来驱动炎症反应。M2型巨噬细胞主要由IL-4和IL-13诱导，分泌抗炎因子(IL-10、精氨酸酶1和转化生长因子-β)发挥重要的抗炎作用。而调控巨噬细胞的极化状态与临床大多数疾病的发生、发展及转归密切相关。由于各种疾病微环境状态的改变，巨噬细胞呈现一个功能状态的动态变化，因此以巨噬细胞极化调控为靶点成为控制疾病进展及治疗疾病的新思路。如IL-33增加了巨噬细胞M2型分泌物，从而促进肾损伤修复、肾脏纤维化[1]。Liu等[2]利用IL-34驱动M2型巨噬细胞极化，发挥抗炎作用，从而保护肝脏免受肝炎损害。神经巨噬细胞(小胶质细胞)不同极化类型比例的变化在病变损伤及修复过程中起双重作用[3]。了解巨噬细胞起源、极化机制、在组织稳态和疾病状态下的极化演变过程可能有利于发现更多干预巨噬细胞极化转变的新方法。现就靶向巨噬细胞极化调控在炎性疾病及肿瘤治疗中的研究进展予以综述。

1 巨噬细胞

1.1起源 最早的观点认为，巨噬细胞起源于骨髓造血干细胞，属于单核细胞系统，以单核细胞的形式在血液中运输，并以巨噬细胞的形式浸润组织，然后在不同的组织特定生长因子作用下分化为不同的亚型，即不同的组织特异巨噬细胞(如中枢神经系统的小胶质细胞、肝脏中的库普弗细胞等)[4]。然而，血液中招募的单核细胞特征并不完全适用于组织驻留巨噬细胞，对组织驻留巨噬细胞的稳态并没有实质性贡献。有研究发现，在第一代造血干细胞出现之前就有巨噬细胞存在于胚胎组织，表明巨噬细胞可以源自在出生前定植于发育组织的造血干细胞非依赖前体细胞，这些组织驻留巨噬细胞能够独立于血液中单核细胞的补充，并具有自我更新能力以适应局部微环境变化，发挥不同的功能[5]。虽然在胚胎中发现了巨噬细胞，但这些巨噬细胞的来源以及向巨噬细胞分化的途径及过程还需进一步研究。有研究已经表明，胚胎来源的前体细胞以Cx3cr1依赖的方式定植于胚胎，在器官形成的过程中分化为组织驻留巨噬细胞；不同的组织巨噬细胞群起源不同，其起源包括胚胎祖细胞(如卵黄囊巨噬细胞)和成人单核细胞[6]。

1.2巨噬细胞极化调节 巨噬细胞的表型特征是由稳态过程中局部环境决定的，在炎症中驻留的巨噬细胞被原位激活，单核来源的巨噬细胞被招募到组织中。巨噬细胞极化是一种动态变化，既可极化为M1型巨噬细胞或M2型巨噬细胞，也可在两种表型之间相互转化，虽然巨噬细胞极化类型的二分法并未达成共识，但有助于理解巨噬细胞的主要功能差异，这一概念目前仍普遍适用。然而，体外活化实验证明，由于个体发育的不同，组织驻留巨噬细胞表现出功能差异性，如内毒素刺激的肝脏来源的肺泡巨噬细胞抑制T细胞增殖的能力减弱，而内毒素刺激的卵黄囊衍生的小胶质细胞刺激T细胞增殖的能力减弱；另外，刺激不同起源的巨噬细胞，则巨噬细胞转录特征也表现出显著差异[7]。影响巨噬细胞极化的决定性因素尚未明确，目前巨噬细胞的活化更倾向于组织微环境的影响。

巨噬细胞的极化和功能受相互连接的某些通路的调控，涉及多种信号通路转导、转录和转录后调控网络。最常见的为促进M1型巨噬细胞极化的酪氨酸激酶(Janus kinase，JAK)/信号转导及转录激活因子(signal transduction and activator of transcription，STAT)1通路和促进M2型巨噬细胞极化的JAK-STAT3/STAT6通路，内毒素就是通过STAT1-STAT2二聚体形成诱导M1型相关基因表达[8]。有研究证明，过氧化物酶体增殖物激活受体γ在体内外均可诱导M2型巨噬细胞极化，且与STAT6和核因子κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)通路有关[9]。通过磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)信号通路激活蛋白激酶B(protein kinase B，Akt/PKB)2有利于M1型巨噬细胞极化，激活Akt1有利于M2型巨噬细胞极化[10]。cAMP反应元件结合蛋白/CCAAT増强子结合蛋白信号通路在M1和M2型巨噬细胞极化过程中均发挥调节作用[11]。各种转录调节因子在巨噬细胞极化调节中也起一定作用，敲除小鼠干扰素调节因子1和干扰素调节因子2基因，则其对内毒素诱导的M1型巨噬细胞极化反应消失，而干扰素调节因子5缺陷的巨噬细胞细菌清除能力下降[12]。目前证据表明，微RNA和长链非编码RNA也参与巨噬细胞极化调节[13]。

2 巨噬细胞极化与炎性疾病

在机体发育和成熟过程中，巨噬细胞通过先天免疫对死亡细胞进行吞噬清除来保护宿主。正常机体M1/M2极化处于相对稳定状态，当机体受到刺激时两者比例发生变化，这种变化很大程度上取决于巨噬细胞所在位置及刺激活化的因素。巨噬细胞活化表型在疾病进展中的作用已得到共识。M1型巨噬细胞出现在以Toll样受体和干扰素信号为主导的炎症环境中，通常与细菌和细胞内病原体的免疫有关；M2型巨噬细胞存在于以辅助性T细胞(helper T cell，Th细胞)2反应为主的环境中(如寄生虫免疫和哮喘)[14-16]。根据巨噬细胞的来源特点，胎儿巨噬细胞缺失或功能破坏可引起一系列身体功能的异常[17-18]。而在感染、损伤等情况下，发生M1型巨噬细胞极化产生大量肿瘤坏死因子-α、诱导型一氧化氮合酶等促炎细胞因子，促进炎症发生；不仅如此，巨噬细胞在糖尿病、动脉粥样硬化等慢性炎症性疾病及肿瘤的发生中也发挥重要作用[19-21]。改变巨噬细胞极化状态来控制疾病进展已成为各学科研究的热点。

2.1巨噬细胞极化与脓毒症 巨噬细胞作为全身炎症反应的枢纽，在炎性疾病的发生发展中起着启动、调控和效应作用。最初，活化的巨噬细胞(被认为主要为M1型)吞噬细菌，并分泌一系列细胞因子来对抗病原体。然而，炎症失调往往导致不可预测的损伤，过度活化的巨噬细胞将会放大炎症反应。脓毒症是宿主对感染的免疫反应失调引起的一种危及生命的器官功能障碍综合征。巨噬细胞过度激活导致全身系统性炎症反应，这一发生过程机制复杂，可能与NF-κB及PI3K/Akt等多种信号通路有关，且均涉及M1/M2型巨噬细胞表型变化。巨噬细胞在脓毒症的各个阶段(如吞噬、杀菌、抗原呈递、炎症因子分泌等)均发挥作用，故有效抑制M1型巨噬细胞极化，减少炎症因子释放在脓毒症的治疗中具有积极作用。

在干细胞治疗败血症模型大鼠中发现，伤后48 h 治疗组大鼠较模型组大鼠肺组织炎症减轻，炎症细胞浸润减少，且流式细胞检测到治疗组大鼠腹腔M1型巨噬细胞表面标志物CD11c显著少于模型组[22]。敲除G蛋白偶联受体(G protein receptor，GPR)174的小鼠在内毒素诱导的肺组织损伤程度减轻，调节性T细胞消耗的GPR174缺陷小鼠肺组织炎症加重，将来自GPR缺陷小鼠的调节性T细胞移植到受体小鼠，则受体小鼠肺组织炎症减轻，且检测到高表达的M2型巨噬细胞，说明敲除小鼠GPR174基因可减少其对调节性T细胞的抑制作用，进而诱导巨噬细胞向M2型极化以减轻脓毒症的症状[23]。ATP结合蛋白家族成员ABCF1(protein ATP-binding cassette subfamily member 1)的泛素化可以使炎症从依赖髓样分化因子88信号通路的早期阶段转移至依赖β干扰素TIR结构域衔接蛋白信号通路的晚期阶段，即调节巨噬细胞M1型极化至M2型极化阶段，缺乏ABCF1的巨噬细胞呈现M1型，导致促炎细胞因子产生[24]。实验证明，糖蛋白130信号在M2型巨噬细胞极化中发挥重要作用，M2型极化时糖蛋白130上调，特异性糖蛋白130信号缺失导致M2型巨噬细胞极化缺陷，增加了脓毒症炎性反应及脓毒症期间病死率[25]。在益生菌治疗脓毒症模型小鼠中发现，益生菌可抑制Akt信号通道，抑制巨噬细胞向M1型极化而减轻炎症症状[26]。Feng等[27]证实，黄酮类药物在体内外均可调节巨噬细胞M1/M2比例变化，在体内可通过抑制p65信号通路来减少炎症因子释放，发挥抗炎作用。

2.2巨噬细胞极化与炎症性肠病(inflammatory bowel disease，IBD) IBD是一组以黏膜免疫反应加重为特征的胃肠道慢性炎症性疾病。巨噬细胞参与IBD发病机制，但也在维持肠道稳态中起关键作用。在健康的肠道中，驻留的巨噬细胞以M2型为主，而在炎症性肠黏膜中M1型占主导地位，促进巨噬细胞M1型极化可介导并加重结肠炎模型小鼠症状[28]。故改变巨噬细胞M1和M2平衡可能成为IBD治疗的新方法。

纤维蛋白原样蛋白2参与炎症反应的免疫调节，并在结肠炎和结肠炎相关结肠癌中高表达，且主要由结肠巨噬细胞表达；在动物水平上发现，纤维蛋白原样蛋白2缺乏可增加结肠炎的易感性，而这种作用与诱导巨噬细胞M1型极化有关，且体内、体外实验均证明纤维蛋白原样蛋白2缺乏可抑制M2型巨噬细胞极化[29]。有研究表明，人类脂肪来源的间充质干细胞可通过分泌TSG-6(tumour necrosis factor-α-induced gene 6)诱导小鼠M2型极化以改善IBD症状[30]。目前认为，肠道微生物菌群与IBD病情严重程度有关，通过饮食改变肥胖相关肠病肠道微生物代谢可增加微生物菌群多样性，改善肠道炎症，在这一过程中发现巨噬细胞M1型向M2型的转变，而幽门螺杆菌定植可增加结肠M2型巨噬细胞的数量，并显著改善慢性结肠炎症状[31]。研究发现，1,25二羟基维生素D3可以促进M1型巨噬细胞向M2型极化，维持巨噬细胞亚型平衡，改善结肠炎[32]。总之，抑制M1型巨噬细胞极化及促进M2型巨噬细胞极化已成为IBD的研究热点。中药小檗碱可募集M2型巨噬细胞，改善脂肪代谢，在葡聚糖硫酸钠诱导的结肠炎模型中，小檗碱可通过Akt1/SOCS1(suppressor of cytokine signaling-1)/NF-κB信号通路，改善结肠炎症状[33]。

2.3巨噬细胞极化与哮喘 哮喘是一种以气道高反应性和慢性气道炎症为特征的气道免疫性疾病，与复杂的免疫细胞网络有关。哮喘是由先天免疫细胞和适应性免疫细胞共同介导，这些细胞一起调节和促进炎症的发生，而巨噬细胞是肺中最丰富的免疫细胞，巨噬细胞的极化与过敏性哮喘的发生密切相关，不同的巨噬细胞极化类型参与不同类型哮喘的发展。因此，了解每一种哮喘背后的机制，将有助于开发更好和更合适的哮喘治疗策略。与其他疾病不同，过敏性哮喘主要是由Th2细胞炎症免疫反应失调导致M2型巨噬细胞极化所引起的疾病。有研究表明，先天性淋巴细胞不同表型参与巨噬细胞极化表型的调节，且气管中M2型巨噬细胞数量与人类哮喘的严重程度有关[34]。成年女性哮喘发病率高于男性，且肺泡巨噬细胞在雌性小鼠中较雄性小鼠表达更多的M2型巨噬细胞，表明性激素可以影响巨噬细胞极化表型，基于这一点，雄激素已被用作实验性哮喘的治疗[35]。中药骨本方消汤已被广泛应用于哮喘的治疗，可减轻肺部炎症和气道重构，研究发现骨本方消汤治疗哮喘的机制与免疫细胞、Th1和Th2细胞活化途径有关，且可显著抑制巨噬细胞向M2型极化[36]。原百部碱，一种活性生物碱，对急性肺损伤和急性肝衰竭有抗炎作用，可抑制实验性哮喘小鼠模型肺部嗜酸粒细胞浸润，减少M2型炎症因子释放[37]。

3 巨噬细胞极化与肿瘤

巨噬细胞的极化状态不仅在急慢性炎症中发挥作用，肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophages，TAMs)作为肿瘤微环境最主要的组成部分，也参与肿瘤的发生和转移。肿瘤中M2型巨噬细胞的存在与多种癌症患者预后不良有关，患者体内的TAMs主要由M2型巨噬细胞组成，诱导肿瘤M2型极化可促进肿瘤细胞生长、增殖和转移，而M1型巨噬细胞可识别肿瘤细胞并启动靶向免疫反应[38]。

基于TAMs的特点，肿瘤生物学越来越受到研究者的重视。诱导TAMs凋亡，加快TAMs消耗可与抗肿瘤药物协同作用来提高肿瘤患者生存率[39]。曲贝替定可抑制CC趋化因子配体2/单核细胞趋化蛋白1合成，抑制单核细胞向肿瘤组织浸润，其已在临床应用于乳腺癌[40]。抑制M2型极化通路(STAT3/STAT6)也是靶向TAMs治疗癌症的新方法[41]。研究发现，CD11b活化可通过微RNA的表达，促进M1型巨噬细胞极化而控制肿瘤生长[42]。而低温热疗法诱导M1型巨噬细胞极化，重构宿主免疫抑制，可能长期抑制转移[43]。Chen等[44]研究发现，人参和黄芪水提取物在体内能够抑制小鼠移植瘤生长；体外实验则发现，人参和黄芪水提取物可显著抑制肿瘤细胞增殖，并促进M1巨噬细胞高表达，抑制M2型巨噬细胞表达。研究人员也在致力于寻找促进肿瘤相关巨噬细胞M2型向M1型转化的新方法，研究发现，羧基化多壁碳纳米管可通过激活Toll样受体4/NF-κB信号通路，促进肺肿瘤巨噬细胞M2型向M1型转化，从而预防癌细胞的转移[45]。

巨噬细胞极化现象不仅存在于炎性疾病及肿瘤中，也存在于代谢性疾病，而代谢与慢性疾病的发生密切相关。巨噬细胞除参与体内一氧化氮和精氨酸代谢外，不同的巨噬细胞亚群还具有不同的线粒体活性。据报道，线粒体代谢是巨噬细胞极化的核心参与者，线粒体受损，内毒素刺激的M1型极化过程中糖酵解途径被重编程，最终导致缺氧诱导因子1α和促炎细胞因子的产生[46]。多效性细胞因子IL-33可能通过IL-33/IL-1受体样1通路参与调节线粒体代谢来影响巨噬细胞的极化和功能[47]。另有报道显示，在高脂诱导的肥胖小鼠中，活性氧类通过激活p38促分裂原活化的蛋白激酶、NF-κB信号通路对M1型巨噬细胞极化的诱导和维持至关重要，且活性氧类在杀伤病原体的同时不会造成自身损伤[48]。而通过调节谷氨酰胺代谢来调控巨噬细胞极化也可能为预防肥胖或糖尿病提供一个潜在靶点[49]。有研究表明，中药小檗碱可改善高脂饮食小鼠的代谢功能，募集M2型巨噬细胞以减少炎症，减少肝脏组织脂肪沉积[50]。

4 小 结

巨噬细胞是先天免疫的关键细胞成分，在对抗病原体的第一线防御中起重要作用。正常情况下，机体的巨噬细胞表现为静息状态，病原菌感染引起宿主微环境改变，通过直接或通过影响宿主产生不同的炎性因子来影响巨噬细胞极化，参与宿主免疫反应。M1/M2极化的任何失衡均可能产生有害影响。表型和功能的多样性与可塑性是巨噬细胞的两大主要特征，由于刺激的多样性和动态性，巨噬细胞表现出表型的多样性，甚至从一种表型转化为另一种表型。因此，识别巨噬细胞极化状态，更多地了解巨噬细胞极化机制，掌握极化转录控制元件及环境影响因素，可能形成一个以巨噬细胞极化状态转变为中心的诊断和治疗策略。