张 晨，蒲 翔，苏 进，唐依莲，曾宪法

贵州中医药大学 基础医学院，贵州 贵阳 550025

细菌性肺炎(bacterial pneumonia)是临床常见的呼吸道感染性疾病,病死率高[1],常伴有发热、咳嗽、咳痰、胸痛等症状。随着肺部感染的加重,由炎性因子介导的肺炎损伤在局部组织中普遍存在,病情严重者可引起其他系统的损害。人口老龄化、吸烟、伴有基础疾病和免疫功能低下等是其发病率和病死率高的相关性因素[2],病原体变迁以及新病原体的出现、不合理使用抗菌药物等导致细菌耐药性增强,极大增加了病原学诊断及临床治疗的困难,而肺泡巨噬细胞(alveolar macrophages,AMs)作为专职性抗原提呈细胞,在宿主防御及免疫损伤方面扮演重要角色。

1 肺泡巨噬细胞及其活化状态与肺组织炎性损伤的关系

肺泡巨噬细胞位于气道的肺泡腔内,靠近黏膜表面,是气道稳态下不可或缺的免疫细胞[3],其本身不表达特异性抗原识别受体,通过其表面的模式识别受体对病原体及感染细胞表面的共有特定表位分子进行识别,产生非特异性抗感染的宿主免疫保护作用,通过调节气道的炎性反应,在维持呼吸道免疫稳态及免疫防御中发挥重要作用[4]。

静息状态[5]下,AMs可分泌抗炎介质,必要时启动对病原体的免疫吞噬作用,清除有害病原体。这种免疫抑制作用还依赖于AMs胞葬功能和AMs泡沫化水平。发挥吞噬和胞葬功能的肺泡巨噬细胞可驱动肺泡巨噬细胞源性泡沫细胞的增多,进一步促进AMs分泌转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)等抗炎因子[6],并防止凋亡细胞向局部组织微环境释放促炎及有害物质,从而抑制其在肺泡微环境中诱导的炎性反应[7],减少肺组织损伤。

在特定环境或炎性介质刺激作用下[8],AMs识别相关模式分子清除病原体的同时,可受其表达的包括单核细胞趋化蛋白-1受体(monocyte chemo-tactic protein-1 receptor,MCP-1R)、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor,GM-CSF)等在内的多种因子[9]影响而被募集到损害部位并活化,最终导致促炎因子分泌释放于损伤部位,增强肺部炎性反应。

2 AMs参与的免疫防御屏障可阻止部分病原体入侵

正常呼吸道免疫防御机制依赖于支气管内黏液-纤毛运载系统、肺泡巨噬细胞、树突状细胞等完整的屏障功能和免疫细胞防御功能。一般情况下,与外界相通的上呼吸道拥有的独特结构,黏膜中的多种有益菌群可以抑制由呼吸吸入的外来微生物在气道定植,部分进入下呼吸道的微生物可以通过下呼吸道上皮细胞纤毛的协调摆动及咳嗽、喷嚏等方式被移除[10]。当呼吸道黏膜屏障功能受损,纤毛清除能力减弱,或有害病原体未被完全移除时,定居在肺泡深处的AMs通过其表面模式识别受体等识别、加工外源性抗原,参与宿主固有免疫应答,形成免疫炎性反应,发挥其吞噬作用,清除有害病原微生物。

3 M1型肺泡巨噬细胞的极化是肺组织炎性损伤加重的重要原因

肺组织炎性损伤与肺泡巨噬细胞的浸润和活化有密切关系,肺炎发病过程中以M1型AMs(classical activated macrophage,M1)为其主要活化表型[11]。在病原体入侵时,相关趋化因子可通过下调AMs的吞噬及胞葬作用,诱导肺泡巨噬细胞M1促炎表型的极化[12-13],而AMs吞噬及胞葬功能和GM-CSF之间存在紧密相关性[6],与AMs胞葬功能相关的辅助因子表达又受到过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferator-activated receptor-γ,PPAR-γ)信号通路的调控[14],因此,GM-CSF/PPAR-γ轴下调被认为在AMs促炎表型极化中发挥重要作用。

活化的M1型AMs通过分泌标志性趋化因子MCP-1及其他促炎介质参与促炎反应,并释放肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor α,TNF-α)、白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、白细胞介素-6(interleukin-6,IL-6)等多种促炎细胞因子增强炎性反应[15-16]。同时M1型巨噬细胞上调表达主要组织相容性复合体(major histocompatibility complexes, MHC),提高其抗原提呈能力,将摄入的外源性抗原以抗原肽-MHC Ⅱ类分子复合物的形式表达于其细胞表面。该复合物与抗原特异性CD4+T淋巴细胞表面的抗原受体(T cell receptor,TCR)结合后启动CD4+T细胞介导的适应性免疫应答,清除病原体,上调促炎反应[17]。

另一方面,M1型肺泡巨噬细胞介导的炎性反应可激活核转录因子-κB (nuclear factor kappa B, NF-κB)等相关炎性信号通路,作用于下游信号分子,促使AMs进一步释放TNF-α、IL-6等炎性因子,加重肺组织炎性损伤[18-19]。而在炎性环境下,肺组织正常的微循环功能损伤,导致肺上皮细胞通透性改变,肺内皮细胞功能下降,进一步导致肺组织多方面的损害[20]。因此,AMs向M1型极化是加重肺组织病理损伤的重要原因。

4 AMs介导的炎性反应可被NETs扩大化

中性粒细胞胞外诱捕网(neutrophil extracellular traps,NETs)是中性粒细胞在受到微环境刺激后形成的网状纤维结构。病原体入侵时,NETs与AMs共同参与维持肺组织内环境的稳态[21]。NETs在发挥免疫防御作用的过程中,一方面与AMs协同捕获、杀死入侵病原体;另一方面,局部过多的NETs堆积可促进肺泡内中性粒细胞的聚集,造成肺泡上皮细胞和血管内皮细胞的广泛损伤,加速M1型AMs活化表达相关炎性因子,增加肺组织损伤程度[21-22]。

5 肺泡巨噬细胞M2型极化及线粒体自噬可减轻肺组织炎性损伤

AMs诱导的适应性免疫应答启动并逐渐清除大部分病原体,AMs根据组织微环境的改变,极化为M2抗炎表型(alternatively activated macrophages,M2),释放抗炎因子,抑制炎性反应,并促进对损伤组织的修复[23]。M2型AMs是抗炎性因子白细胞介素-10(interleukin-10,IL-10)的主要来源[24],可通过释放TGF-β等增强抗炎及组织修复作用[25]。IL-10由固有免疫系统和适应性免疫系统的细胞共同表达,其免疫抑制作用可通过下调AMs抗原提呈能力,实现对M1型AMs的负向调节,从而避免肺组织产生过度的炎性损害。此外,在炎性环境引起的肺组织损伤中,AMs细胞膜表达α7烟碱型乙酰胆碱受体(α7 nicotinic acetylcholine receptor,α7nAChR),由胆碱能抗炎通路(cholinergic anti-inflammation pathway,CAP)释放的乙酰胆碱(acetylcholine,ACh)可作用于α7nAChR,抑制促炎因子的产生,并可阻断 NF-κB等相关炎性信号分子,阻止AMs向M1型活化,抑制或延迟适应性免疫应答的启动[26],参与AMs介导的肺组织炎性损伤的保护机制。

线粒体作为细胞的能量代谢中心,组织内环境稳态的维持与其结构及功能的完整性密不可分[27]。AMs线粒体功能损害在大部分肺组织损伤中存在。线粒体受损后可分泌大量炎性细胞因子,加重肺损伤[28],而线粒体可通过自噬作用清除结构及功能障碍的线粒体,以维持AMs线粒体的质量,从而减轻由线粒体损伤而引起的炎性反应[29]。

6 问题与展望

不适当的免疫反应可能是肺炎损伤形成和发展的基本形式。病原体定植气道引发感染后,通过激活相关趋化因子作用于AMs,促使其向促炎表型活化,并诱导CD4+T细胞活化增殖,分泌相关促炎因子,上调炎性反应,加重肺组织损伤。与此同时,这些炎性因子又可增强AMs的抗原提呈能力,加速对CD4+T细胞的诱导分化及炎性因子的分泌。伴随着炎性因子的积累,存在于肺泡及局部组织微环境中,参与免疫稳态调节的多种结构协同AMs发挥其免疫调节作用。

越来越多的研究结果提示,通过抑制M1型AMs活化,并促进其M2抗炎表型活化可以达到控制并减轻肺炎损伤的目的,然而AMs介导其下游的适应性免疫应答在一定程度上存在对肺组织的保护作用。适度的M1极化似乎有利于启动更高级的免疫应答以清除有害病原体;过度促使M2型AMs极化也会导致肺组织向纤维化方向发展,引起新的组织损伤。而AMs极化调控肺炎损伤的具体机制及调控标准尚无明确报道,因此,基于AMs极化标准调控肺炎损伤潜在机制的研究可能挖掘更多AMs调控肺组织损伤的奥秘。

另有相关研究发现在宿主免疫防御战场充当“士兵”的中性粒细胞,可通过其形成的NETs参与肺泡及局部组织微环境的免疫调控。长链非编码RNA转移相关肺腺癌转录本1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1,MALAT1) 作为肺炎损伤的预后因素,可靶向介导AMs参与的炎性反应[30],它们与AMs极化之间的机制可为临床对相关疾病的防治提供新思路。