吳 紅 綜述，梁尚棟 審校

(南昌大學(xué)醫(yī)學(xué)院生理學(xué)教研室，南昌 330006)

·綜 述·

巨噬細(xì)胞對(duì)2型糖尿病免疫炎性反應(yīng)作用的研究進(jìn)展*

吳 紅 綜述，梁尚棟△審校

(南昌大學(xué)醫(yī)學(xué)院生理學(xué)教研室，南昌 330006)

糖尿病，2型；巨噬細(xì)胞；免疫炎性反應(yīng)；細(xì)胞因子；嘌呤受體

巨噬細(xì)胞在機(jī)體先天性免疫及適應(yīng)性免疫過(guò)程中均發(fā)揮著重要作用，它會(huì)對(duì)不同微環(huán)境下的信號(hào)做出反應(yīng)，分化或激活成明顯具有組織特異性的亞型，其兩種激活方式分別為經(jīng)典活化型(classically activated，M1型)和替代活化型(alternatively activated，M2型)，與此相平行適應(yīng)的是適應(yīng)性免疫細(xì)胞Th1和Th2的分化[1-2]。正常狀態(tài)下，組織中既有M1型巨噬細(xì)胞，也有M2型巨噬細(xì)胞，兩者保持動(dòng)態(tài)平衡。2型糖尿病(T2DM)患者可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞產(chǎn)生炎癥因子激活補(bǔ)體，同時(shí)誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生黏附因子，使內(nèi)皮功能受損，加速炎性反應(yīng)過(guò)程[3]。因此，免疫炎性反應(yīng)影響T2DM的病理變化，巨噬細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子及抗原提呈等作用可影響T2DM的發(fā)病及進(jìn)展。本文擬從免疫炎性反應(yīng)在T2DM發(fā)病中的作用、巨噬細(xì)胞在影響T2DM病程中所涉及的細(xì)胞因子及嘌呤受體介導(dǎo)的機(jī)制方面進(jìn)行綜述。

1 免疫炎性反應(yīng)在T2DM發(fā)病中的作用

胰腺β細(xì)胞功能障礙是機(jī)體對(duì)胰島素抵抗失代償?shù)年P(guān)鍵,構(gòu)成了糖尿病發(fā)生發(fā)展的核心。炎癥可通過(guò)多環(huán)節(jié)直接損傷β細(xì)胞功能甚至促進(jìn)β細(xì)胞死亡。炎癥和趨化因子對(duì)胰腺β細(xì)胞功能的慢性損傷是T2DM患者漸進(jìn)性β細(xì)胞衰竭的關(guān)鍵。過(guò)度表達(dá)的INF-γ、TNF-a、IL-1β等均可激活胰腺β細(xì)胞中的核因子-κB(NF-κB),促進(jìn)炎癥介導(dǎo)的細(xì)胞調(diào)亡[4]。炎癥還可損傷線粒體、葡萄糖激酶以及葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)因子(GLUT2)的功能、觸發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)、促發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等,最終導(dǎo)致葡萄糖刺激的胰島素分泌障礙,甚至β細(xì)胞凋亡。炎癥、趨化因子募集免疫細(xì)胞的間接破壞作用也是T2DM胰腺自身免疫反應(yīng)性β細(xì)胞殺傷作用的基礎(chǔ)。促炎癥的Th1與抗炎癥的Th2之間的比例功能平衡是維持免疫穩(wěn)態(tài)、避免自身免疫性及慢性炎癥性疾病的基礎(chǔ)，而糾正Th1/Th2細(xì)胞比例的平衡即可有效逆轉(zhuǎn)肥胖相關(guān)的慢性炎癥以及胰島素抵抗?fàn)顟B(tài)[5]。

2 巨噬細(xì)胞誘導(dǎo)細(xì)胞因子及胰腺β細(xì)胞功能障礙導(dǎo)致T2DM的發(fā)生

2.1 巨噬細(xì)胞與胰腺β細(xì)胞功能障礙在T2DM的發(fā)病機(jī)制中具有重要作用 有學(xué)者認(rèn)為T2DM的發(fā)病機(jī)制是由凋亡相關(guān)分子Fas和Fas配體不能有效地抑制調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Tregs)從而在Th1/Th2的免疫反應(yīng)上發(fā)生偏差或?qū)е乱认佴录?xì)胞的耐受出現(xiàn)抑制[6]。T2DM患者除胰腺β細(xì)胞功能存在缺陷外，其體內(nèi)還存在多種細(xì)胞功能障礙，包括脂肪細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞等，造成瘦素、脂聯(lián)素、抵抗素、TNF、IL等多種激素和細(xì)胞因子的分泌異常。研究證明脂肪細(xì)胞分泌功能障礙可引起慢性低度炎癥，導(dǎo)致全身代謝紊亂及功能障礙[7]。同時(shí)，T2DM患者胰腺β細(xì)胞、骨骼肌細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞等組織細(xì)胞普遍存在高血糖、炎性反應(yīng)、缺氧、缺血等應(yīng)激因素的作用，導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)明顯，影響蛋白質(zhì)的合成及空間折疊，進(jìn)而損害細(xì)胞功能或誘導(dǎo)炎癥細(xì)胞因子分泌增加[8-10]。

2.2 巨噬細(xì)胞在T2DM中所涉及的炎癥細(xì)胞因子 在巨噬細(xì)胞激活為M1型或M2型的同時(shí)，可產(chǎn)生不同性質(zhì)的炎癥細(xì)胞因子。其中，M1型以促炎癥細(xì)胞因子為主(如TNF-α)，而M2型則產(chǎn)生抗炎癥細(xì)胞因子(如IL-10)。越來(lái)越多的證據(jù)表明低度炎癥狀態(tài)與肥胖、胰島素抵抗、T2DM及代謝綜合征共存，并與它們的發(fā)展有關(guān)聯(lián)[11]。研究發(fā)現(xiàn)TNF-α在調(diào)節(jié)機(jī)體組織糖、脂肪代謝中起重要作用。TNF-α可直接抑制脂肪、肌肉細(xì)胞膜上的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，使其表達(dá)減少、功能減退。肥胖者的脂肪組織及其他細(xì)胞中TNF-α的mRNA和蛋白表達(dá)水平均顯著高于健康者,說(shuō)明TNF-α通過(guò)促進(jìn)脂肪分解引起血漿游離脂肪酸水平升高,并抑制胰島素受體,降低胰島素作用,從而導(dǎo)致胰島素抵抗[12]。IL-10是與肥胖及T2DM相關(guān)的主要抗炎癥細(xì)胞因子，可抑制T2DM高血糖及其他炎癥因子的水平，如IL-10可以保護(hù)脂肪細(xì)胞免受TNF-α的損傷，這可能對(duì)T2DM的發(fā)病具有一定的保護(hù)作用[13]。研究發(fā)現(xiàn)人、小鼠和豬的部分免疫細(xì)胞(如單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞)均能在病原體被消滅后合成IL-10蛋白。IL-10蛋白可抑制其所在免疫細(xì)胞的部分基因表達(dá)，使其不能繼續(xù)指導(dǎo)合成攻擊病原體的蛋白[14]。

2.3 炎性反應(yīng)和自身免疫反應(yīng)的雙重作用導(dǎo)致胰腺β細(xì)胞凋亡 炎癥因子廣泛參與了糖尿病所致血管損傷的系列病理過(guò)程，如黏附分子表達(dá)增加、趨化因子的釋放、單核細(xì)胞募集、白細(xì)胞黏附及遷移、巨噬細(xì)胞攝取氧化型低密度脂蛋白、巨噬細(xì)胞活化、泡沫細(xì)胞形成、活化的單核細(xì)胞釋放一系列細(xì)胞因子、平滑肌細(xì)胞遷移和增殖等，最終形成血管粥樣斑塊[15]。T2DM作為自身免疫性疾病，由肥胖相關(guān)的慢性脂肪組織炎癥和由高糖高脂誘導(dǎo)的β細(xì)胞應(yīng)激狀態(tài)均可引發(fā)機(jī)體發(fā)生病理改變，提供激活先天性免疫和適應(yīng)性免疫的危險(xiǎn)信號(hào)從而引起免疫炎性反應(yīng)[16]。高血糖癥將提高胰腺β細(xì)胞抗原(如GAD)的表達(dá)，于是β細(xì)胞容易受到自身抗體(如抗-GAD)的攻擊，而抗-GAD抗體是T2DM中最常見(jiàn)的抗體之一[17]。在胰腺β細(xì)胞表面，CD8+T細(xì)胞可通過(guò)與主要組織相容性復(fù)合物Ⅰ(MHC-Ⅰ)分子結(jié)合而產(chǎn)生細(xì)胞毒素。T細(xì)胞和巨噬細(xì)胞通過(guò)自分泌作用和旁分泌作用釋放炎癥細(xì)胞因子將胰腺炎性反應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大。在炎性反應(yīng)和自身免疫反應(yīng)的雙重作用下導(dǎo)致胰腺β細(xì)胞凋亡[18]，進(jìn)一步減少了胰島素的分泌，加重高血糖癥。

3 巨噬細(xì)胞在T2DM的調(diào)控作用及其嘌呤信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制

3.1 嘌呤受體興奮引起巨噬細(xì)胞的活化從而激活不同的信號(hào)通路 廣泛存在于細(xì)胞外的ATP可影響一系列生理病理反應(yīng)，諸如趨化因子信號(hào)的產(chǎn)生、不同免疫細(xì)胞的激活、炎癥細(xì)胞的遷移增殖分化及釋放不同炎癥介質(zhì)等[19]。炎癥狀態(tài)下，ATP可從應(yīng)激細(xì)胞或死亡細(xì)胞中釋放到細(xì)胞外，通過(guò)與細(xì)胞膜上的不同嘌呤受體(如P2X7受體)結(jié)合發(fā)揮不同的生理或病理作用[20]。細(xì)胞外的ATP可激活巨噬細(xì)胞上的P2X7受體，介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)的K+外流，誘導(dǎo)NF-κB介導(dǎo)的caspase-1活化。在caspase-1的酶切作用下IL-1β前體蛋白轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒祗w，分泌溶酶體內(nèi)的IL-1β釋放到細(xì)胞質(zhì)中[21]。此外，P2X7離子通道受體的開(kāi)放，引起Ca2+大量?jī)?nèi)流，胞內(nèi)Ca2+濃度升高可使鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶Ⅱ和Ca2+依賴性磷脂酶A2激活，誘發(fā)分泌性溶酶體內(nèi)的IL-1β成熟體蛋白釋放至細(xì)胞質(zhì)。P2X7受體參與炎癥體形成和caspase激活過(guò)程。敲除P2X7受體后的小鼠腹腔巨噬細(xì)胞，ATP刺激不能釋放IL-1β；P2X7基因敲除小鼠體內(nèi)產(chǎn)生細(xì)胞因子的信號(hào)途徑同樣受損。這些結(jié)果表明P2X7受體激活所提供的信號(hào)可影響IL-1β成熟釋放和細(xì)胞因子的激活[22]。巨噬細(xì)胞產(chǎn)生并分泌的IL-1β是IL-1 家族中最重要的細(xì)胞因子，它可在機(jī)體感染、損傷及免疫應(yīng)答中起重要作用，同時(shí)也是急、慢性炎性反應(yīng)的主要介導(dǎo)因子[21]。因此，在免疫炎性反應(yīng)過(guò)程中，釋放到細(xì)胞外的ATP與嘌呤受體的結(jié)合能夠引起巨噬細(xì)胞的活化，活化的巨噬細(xì)胞激活不同的信號(hào)通路促進(jìn)或抑制免疫炎性反應(yīng)。

3.2 巨噬細(xì)胞來(lái)源的ATP/腺苷可通過(guò)調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的激活方式維持組織的穩(wěn)態(tài) 雖然體內(nèi)存在不同的巨噬細(xì)胞亞型，但由炎癥M1型巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)向調(diào)控性M2型巨噬細(xì)胞的潛在機(jī)制尚未明了，有學(xué)者認(rèn)為巨噬細(xì)胞的這種轉(zhuǎn)變?nèi)Q于其激活狀態(tài)時(shí)所處的程序[23]。組織中的巨噬細(xì)胞在細(xì)胞代謝中主要依賴于糖酵解，因此糖酵解在巨噬細(xì)胞炎性反應(yīng)中扮演著關(guān)鍵角色。細(xì)胞內(nèi)糖酵解產(chǎn)生ATP，TLR激活巨噬細(xì)胞導(dǎo)致糖酵解來(lái)源的ATP通過(guò)巨噬細(xì)胞泛連接蛋白-1(pannexin-1)通路釋放到細(xì)胞外。胞外ATP是損傷相關(guān)分子，它通過(guò)作用于巨噬細(xì)胞P2X7受體使其釋放促炎性反應(yīng)介質(zhì)，產(chǎn)生NLRP3，導(dǎo)致炎癥細(xì)胞因子激活[24]。在數(shù)小時(shí)的刺激下，巨噬細(xì)胞可通過(guò)CD39快速水解胞外ATP并將其完全轉(zhuǎn)化為腺苷。低濃度的胞外ATP可將巨噬細(xì)胞的極化狀態(tài)由炎癥轉(zhuǎn)向調(diào)控激活狀態(tài)，在此期間釋放及水解ATP。TLR激活的巨噬細(xì)胞同時(shí)經(jīng)歷轉(zhuǎn)錄程序，發(fā)展為調(diào)控激活狀態(tài)。來(lái)源于胞外ATP降解的腺苷可明顯抑制TNF-α和IL-12的合成，并提高IL-10的表達(dá)，這也是低濃度的胞外ATP調(diào)控型巨噬細(xì)胞激活的顯著特點(diǎn)。更為重要的是ATP降解產(chǎn)生腺苷類嘌呤物質(zhì)可上調(diào)一系列免疫調(diào)控因子，包括親肝素性上皮生長(zhǎng)因子 (heparin binding epidermal growth factor，HB-EGF)、鞘氨醇激酶1 (sphingosine kinase 1，Sphk1)、IL-33。但 ATP降解產(chǎn)生腺苷不能上調(diào)Fizz1(found in inflammatory zone)和甘露醇受體[25]。這些結(jié)果表明ATP/腺苷是有選擇地調(diào)控巨噬細(xì)胞的激活。

3.3 巨噬細(xì)胞調(diào)控T2DM的發(fā)生及發(fā)展進(jìn)程 研究發(fā)現(xiàn)T2DM的病理進(jìn)程常伴隨著局部組織炎癥，其顯著特征就是巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)。多種T2DM動(dòng)物模型均可出現(xiàn)不同程度的胰腺炎癥，浸潤(rùn)的巨噬細(xì)胞會(huì)隨著其胰腺中IL-1β表達(dá)量增加而增多。在病原相關(guān)分子模式 PAMP)或損傷相關(guān)分子模式(DAMP)的作用下，ATP可從應(yīng)激狀態(tài)下的胰腺β細(xì)胞中釋放，ATP通過(guò)一系列“尋找自我(find me)”信號(hào)(細(xì)胞趨化作用)招募巨噬細(xì)胞到應(yīng)激的胰腺β細(xì)胞周圍[21]。ATP與巨噬細(xì)胞的嘌呤受體結(jié)合產(chǎn)生一系列級(jí)聯(lián)反應(yīng)，釋放促炎癥細(xì)胞因子(如IL-1β)，而隨著IL-1β的升高又進(jìn)一步誘使巨噬細(xì)胞聚集，將胰腺的炎性反應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大。同時(shí)IL-1β上調(diào)細(xì)胞Fas的表達(dá)，激活T細(xì)胞通過(guò)死亡域信號(hào)誘導(dǎo)胰腺β細(xì)胞凋亡[18]，導(dǎo)致胰腺功能受損。如果巨噬細(xì)胞通過(guò)CD39快速水解胞外ATP，使胞外ATP完全轉(zhuǎn)化為腺苷，腺苷可明顯抑制TNF-α和IL-12的合成，提高抗炎癥細(xì)胞因子IL-10的表達(dá)。低濃度的胞外ATP迅速降解為腺苷后可將巨噬細(xì)胞的極化狀態(tài)由炎癥轉(zhuǎn)向調(diào)控激活狀態(tài)，促進(jìn)胰腺功能的修復(fù)。

4 結(jié)論與展望

綜上所述，巨噬細(xì)胞作為先天性免疫和適應(yīng)性免疫的重要參與者，可通過(guò)分泌細(xì)胞因子及抗原提呈等作用影響并調(diào)控免疫炎性反應(yīng)的進(jìn)程，特別是巨噬細(xì)胞不同激活方式形成的M1型或M2型將直接決定炎性反應(yīng)的最終結(jié)果。雖然T2DM發(fā)病的具體機(jī)制尚未完全明確，但由巨噬細(xì)胞在免疫炎性反應(yīng)中的調(diào)控作用及ATP/腺苷介導(dǎo)的嘌呤信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制可在一定程度上影響其病情的進(jìn)程。調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)過(guò)程中的巨噬細(xì)胞功能或影響ATP/腺苷介導(dǎo)的嘌呤信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是否可改善T2DM患者的臨床癥狀，由此途徑將對(duì)T2DM的臨床免疫炎癥治療開(kāi)辟新的思路。

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10.3969/j.issn.1671-8348.2015.27.041

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81171184,31060139,30860086)；第二批江西省“贛鄱英才555工程”領(lǐng)軍人才項(xiàng)目；江西省教育廳科技項(xiàng)目(GJJ13155)。

：吳紅(1975-)，在讀博士，副主任技師，主要從事血液生理學(xué)與病理生理學(xué)?！?/p>

，E-mail:liangsd88@163.com。

R587.1;R589

A

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2015-03-10

2015-06-18)