巨噬细胞极化与代谢性疾病的研究进展

况晓东，周晓燕，艾有生

（南昌大学医学院a.病理教研室；b.病理生理学教研室，南昌330006）

随着社会的日益进步，肥胖的发病率越来越高，肥胖及由它引起的各种代谢疾病已成为21世纪威胁人类健康的重要原因之一，因而肥胖及相关的代谢综合征已成为当前研究的热点。肥胖常伴随着一系列的代谢性疾病，包括胰岛素抵抗、2型糖尿病、脂肪肝、动脉粥样硬化及退行性疾病（如痴呆）、呼吸道疾病、高血压等，这些疾病的发生大多是由慢性炎症引起的，而在慢性炎症中巨噬细胞具有举足轻重的地位。近来研究发现，巨噬细胞在代谢性疾病中既可以发挥促炎作用，同时还能抑制炎症的发生［1］。这种“双重身份”的发生和巨噬细胞极化有着密切关系，在代谢性疾病的发生发展中起着重要作用。目前有关巨噬细胞极化与代谢性疾病的研究取得了很大进展，综述如下。

1 巨噬细胞极化含义及其作用

功能上的可塑性和多样性是单核巨噬细胞的显著特点之一，巨噬细胞随着周围环境的变化，功能上会发生显著变化［2］。这些功能上的变化，也称为功能上的巨噬细胞极化，可以产生不同基因表达谱和不同功能的巨噬细胞亚群。近年来,不同的巨噬细胞亚型已被证实,根据激活后巨噬细胞的功能大致将其分为2类：经典激活的巨噬细胞（classical activated macrophage,简称为caMφ或M1型）及替代激活的巨噬细胞 （alternative activated macrophage,简称为 aaMφ 或 M2 型）［3］。

M1型巨噬细胞具有分泌大量促炎细胞因子的功能。M1型细胞的激活主要由CD4+辅助性T细胞（Th1）分泌的干扰素-γ（IFN-γ）、革兰氏阴性细菌细胞壁成分脂多糖（LPS）、颗粒巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）或肿瘤坏死因子（TNF）介导，表现为自身抗原呈递能力上升，补体介导的吞噬作用提高，大量促炎症因子如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白介素-1β（IL-1β）、IL-6、IL-12、IL-23、一氧化氮（NO）的释放以及化学趋化因子配体-9（CXCL-9）、CXCL-10等的产生。这些炎性介质的释放，促进了体内异己成分的有效清除［4］。M1型细胞亦可作为效应细胞参与到Th1免疫应答过程中，促进炎症反应的进行，对细胞内感染的病原体有杀伤作用。

M2型巨噬细胞与M1型巨噬细胞具有截然不同的作用：在炎症疾病中抑制炎症反应，促进组织损伤修复［5］；参与肿瘤疾病中的炎症反应。依据其活化后释放的特异性功能标志物分为M2a、M2b、M2c 3种类型。由IL-4或IL-13诱导的M2a，分泌大量抗炎细胞因子IL-10、增强精氨酸酶 1（arginase 1，Arg1）并特征性表达甘露糖受体和巨噬细胞半乳糖型C型凝集素，对炎症刺激不敏感，参与杀伤胞外病原体、碎片清除、血管发生、组织重建和伤口愈合，并促进Th2免疫［6］；免疫复合物及部分Toll样受体（TLR）配体诱导的M2b，分泌大量 IL-10而低分泌IL-12［2］，抑制细菌内毒素引起的急性炎症，并促进Th2分化和体液免疫；IL-10、糖皮质激素（gluco corticoids）或开环甾体类激素（如维生素D）诱导的M2c，高分泌IL-10和TGF，调节和抑制免疫炎症。近来研究发现，还存在一种新亚型M2d型，也称为肿瘤相关巨噬细胞（tumor-associatedmacrophages，TAMs），表现出抑制免疫、促进肿瘤进展的能力，但是TAMs并不是典型的M2型巨噬细胞，与其他3个亚型相比，TAMs表达高水平的CD14、CD163和较低水平的CD86，TAMs中多种巨噬细胞分化标志物较典型M2型巨噬细胞低，如 F4/80、CD68、CD115、CD11b［7］。

2 巨噬细胞极化与代谢性疾病

巨噬细胞作为重要的固有免疫细胞和抗原提胞，接受不同的刺激，它能从激活的 M1型回到M2型，也能从M2型转化成M1型巨噬细胞。这取决于M1型和M2型标志蛋白表达量的可逆性转化。M1型巨噬细胞表型包括表达MCP-1、IL-6和TNF-α；而M2型巨噬细胞标志物为：CD163、CD206（甘露糖受体，MR）、CCL18（趋化因子配体 18）和IL-10［11］。 比如成熟的巨噬细胞在GM-CSF、IL-10和地塞米松的刺激下，CD163 表达增强，而 GM-CSF、IL-4、TGF-β、IFN-γ、TNF-β 和 LPS 使 CD163表达减少；GMCSF、IL-4和 TGF-β 使 CD206 表达增强；IL-4、IL-10和 LPS促进 CCL18表达；GM-CSF、TNF-α 和LPS 则增强 CCL3 的表达［11］。

另外有研究表明，巨噬细胞极化与脂肪组织、肝组织等代谢性疾病密切相关，IL-4诱导的替代激活巨噬细胞高表达PPAR，而PPAR与脂类代谢、氧化反应、胰岛素抵抗等密切相关，提示巨噬细胞极化与生理代谢活动的密切相关性［12］。肥胖过程中脂肪组织浸润有一群新的F4/80+CD11c+的巨噬细胞，称脂肪组织巨噬细胞（adipose tissue macrophages，ATM）。ATM 高表达TNF-α、iNOS等 M1标志,其分泌的TNF-α导致肥胖小鼠的胰岛素抵抗；瘦小鼠的脂肪组织巨噬细胞高表达 Ym1、Arg1和 IL-10等M2标志，其中抗炎因子IL-10在保护瘦小鼠脂肪细胞免受TNF-α诱导的胰岛素抵抗中发挥重要作用［13］。

3 代谢性疾病中巨噬细胞极化的信号通路及重要调控因子

虽然目前普遍被接受的是JAK-STAT通路参与了巨噬细胞极化，但现在对于巨噬细胞极化的信号通路还不甚清楚。研究发现有许多重要的转录因子参与了代谢性疾病中巨噬细胞极化。因此，基于以上对巨噬细胞极化对代谢性疾病的概述，下面将对代谢性疾病中巨噬细胞极化信号转导有重要调节作用的分子进行介绍。

3.1 信号传导与转录激活因子（STAT）家族

STAT在M1或M2型巨噬细胞极化中均有重要作用，其中STAT1参与了M1极化作用，而M2的激活主要由STAT6介导。Janus激酶是一类没有受体的蛋白酪氨酸激酶，也被称为JAK激酶，包括4个家族成员，即JAK1、JAK2、JAK3及Tyk2。其中Ⅰ型受体可以激活JAKs中的JAK1、JAK3，而Ⅱ型受体激活的是JAK1、JAK2及Tyk2。JAK进一步激活STAT通路。STAT是在JAK/STAT通路中发挥重要呈细胞，在抗感染、抗肿瘤免疫中发挥关键的免疫激活和免疫效应作用。在代谢性疾病方面巨噬细胞同样表现出非同寻常的作用。

近来研究热点之一就是巨噬细胞极化在动脉粥样硬化（atherosclerosis,AS）发病中的作用。巨噬细胞由单核细胞分化而来，在炎症过程中，通过有效的吞噬，在杀死入侵机体的异质抗原，移除细胞残片等方面发挥作用。在AS及相关疾病中，巨噬细胞通过摄取修饰的低密度脂蛋白（low density lipoprotein,LDL）转变成泡沫细胞。具体而言，血管内膜通过蛋白聚糖捕获LDL，LDL的氧化修饰激活循环血中的单核细胞，使其产生包括CCL2在内的细胞因子。巨噬细胞通过降解细胞外基质（extracellularmatrix,ECM）迁移到组织炎症发生处，通过摄取氧化型低密度脂蛋白 （oxidized low-density lipoprotein,ox-LDL）形成泡沫细胞。巨噬细胞可以产生促炎因子，如TNF-α、IFN-γ，也可以产生抗炎或抑制炎症的细胞因子如 IL-10、TGF-β 等［1］。 巨噬细胞亦能介导组织修复，在AS发生过程中，巨噬细胞促使平滑肌细胞增生，并使其从中膜迁移到内膜下形成纤维帽。巨噬细胞和成纤维细胞则直接参与到细胞外基质的合成，同时，泡沫细胞分泌的细胞因子能够促进斑块处的血管新生，促进肉芽肿的形成。研究发现AS斑块部位同时存在着M1型和M2型巨噬细胞，这种细胞的异质性说明巨噬细胞对不同的微环境信号刺激反应的多样性和可塑性［8］。高脂血症患者外周血中单核细胞增多，并且以炎症型单核细胞为主。炎症型单核细胞在血管中堆积，直接通过损伤的血管内皮，进入动脉壁内膜分化成巨噬细胞，启动并维持AS的慢性炎症。外周血中氧化 LDL可诱导巨噬细胞集落刺激因子（M-CSF）、粒细胞-巨噬细胞刺激因子（GM-CSF）表达，并通过PI3K和NF-κB信号传导通路促进巨噬细胞增多和成熟［9］。随着AS的发展，AS粥样斑块组织内巨噬细胞不断增多，并依据AS进展病变状况极化成M1或M2型巨噬细胞，比如不稳定斑块组织中主要以M1型巨噬细胞为主，而稳定斑块组织中M2型巨噬细胞比例增加［10］，M1与M2型巨噬细胞处于动态平衡中。在AS晚期，患者血浆中出现Th2型细胞因子，Th2型细胞因子通过激活M2型巨噬细胞，促进纤维帽形成，增强斑块的稳定性。

在特定条件下，已分化的M1型和M2型巨噬细胞之间还可相互转化；高脂饮食可导致脂肪组织巨噬细胞 M2型向M1型转化。巨噬细胞是可塑性细作用的转录因子家族，它们既参与信号传导，又激活基因转录。STAT家族目前发现有7个成员,分别命名 为 STATl、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5A、STAT5B和STAT6。通过JAK-STAT通路的信号传递作用，巨噬细胞会对超过20种的细胞因子做出相应的应答［14］。

3.2 过氧化物酶体增殖物激活受体（PPARs）

PPARs是一类由配体激活的核转录因子。PPARs有 3 种不同的亚型：PPARα、PPARβ/δ、PPARγ。各亚型都可通过配体激活，实现核转位而调节相关基因的表达，因而PPARs家族成员具有多种生物学效应。在小鼠及人源细胞中，PPARγ是巨噬细胞M2基因型的增强子。PPARγ的激活促使人源单核细胞向M2分化，具有抑炎活性。在小鼠中，巨噬细胞中的PPARγ选择性失活会导致替代激活受阻，饮食引起的肥胖症、胰岛素耐受、葡糖耐受症状恶化，体内炎性介质表达上升［15］。 PPARβ/δ 也参与调节巨噬细胞替代激活。IL-4、IL-13可以促使 PPARβ/δ表达上升。在小鼠中，PPARβ/δ缺失导致脂肪组织和肝脏中的巨噬细胞无法发生替代激活，出现炎性变化，脂肪细胞代谢紊乱、肝功能失调，并伴随系统性胰岛素耐受［15］。 在人源细胞中，PPARβ/δ、PPARα 并不能促使单核细胞发生替代激活。但研究发现，PPARβ/δ、PPARα可以调控胞内脂代谢相关基因的表达，说明与 PPAR γ 不同，PPARβ/δ、PPARα 可能更多的是参与细胞胞内脂代谢调控［16］。

3.3 NF-κB

NF-κB异源二聚体形成的复合物作为转录因子，在各种细胞内普遍存在着，决定了NF-κB广泛参与到细胞对外界刺激应答引起的活化、增殖、存活相关信号通路中。NF-κB对肿瘤相关炎症以及恶性肿瘤的发展十分重要。有研究表明,NF-κB的活化不仅存在于炎症的诱发阶段，导致更多促炎因子的释放，同时也可以激活抑炎因子的转录，促进巨噬细胞的凋亡，缓解炎症［17］。NF-κB 对巨噬细胞 M2 型极化调控的作用机制至今不明。NF-κB在活化前与IκB结合在一起，处于失活状态。当胞外信号与膜上识别受体作用，例如通过病原相关分子模式PAMP作用于Toll样受体，激活IKK激酶，磷酸化IκB，使其泛素化降解。NF-κB被IκB释放，从胞质向核内转位，开启下游基因的转录。T.Hagemann等［18］发现IKK激酶家族成员之一IKKβ参与调控肿瘤相关巨噬细胞活化，抑制其经典M1型激活，促进其向M2型转变，从而具有免疫抑制作用。

3.4 SOCS

SOCS是一类免疫抑制分子，负调节IFN-γ介导的信号转导，参与 T细胞分化调节，同时其甲基化异常在肿瘤的发生发展中发挥重要作用。巨噬细胞在炎症情况下可诱导表达SOCS1和SOCS3；IL-4激活的巨噬细胞排他性地表达SOCS1，而IFN-γ和LPS刺激则使巨噬细胞内 SOCS1表达被抑制，逐步极化为仅表达SOCS3的M1巨噬细胞；敲除SOCS3的巨噬细胞对IFN-γ和LPS不再反应，上调表达SOCS1，恢复对IL-4的反应性并表达 M2表型分子，提示诱导表达的SOCS3对于M1激活是必须的。SOCS1可控制巨噬细胞对 IFN-γ的反应性及 TLR4和TLR9激活的信号通路；并且是STAT1通路的内源性抑制剂，上调SOCS1表达可使巨噬细胞向M2类型分化，提示 SOCS1 参与 M2 激活调控［19］。

如上所述，在这些代谢性疾病中，通过巨噬细胞极化作用，巨噬细胞的局部富集是巨噬细胞炎症损伤的前提。而趋化因子是巨噬细胞定向移动的重要驱动分子，可影响炎症局部浸润免疫细胞的类型和数量。已知M1/M2表达不同的趋化因子受体，因此，针对性地趋化某一亚型的巨噬细胞到达病理部位，成为治疗或缓解病理的可能策略之一。所以，充分阐明代谢性疾病过程中的巨噬细胞极化亚型及其极化机制，设计基于巨噬细胞极化调控的细胞或分子策略，将成为治疗代谢性疾病的一个新的富有潜力的领域。

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