廖成水，毛福超，程相朝

(河南科技大學(xué) 動物科技學(xué)院/ 洛陽市活載體生物材料與動物疫病防控重點實驗室，河南 洛陽 471023)

巨噬細(xì)胞(Macrophage)起源于骨髓中的前體細(xì)胞，分化成熟的巨噬細(xì)胞廣泛分布于機體各個組織和器官中[1]。在特定因素作用下，機體內(nèi)某些細(xì)胞可以直接分化成為巨噬細(xì)胞，不同細(xì)胞分化后的巨噬細(xì)胞可以分布于不同組織[2]。巨噬細(xì)胞是參與機體固有免疫的一類重要免疫細(xì)胞，不但可以吞噬外來微生物，還能遞呈抗原，通過合成分泌多種細(xì)胞因子發(fā)揮功效，在控制炎癥變化的過程中起到主導(dǎo)作用。當(dāng)外界病原體侵入機體引發(fā)感染時，機體的無菌環(huán)境被打破，巨噬細(xì)胞被激活后識別病原體和抗原遞呈，吞噬殺滅病原體起到免疫保護作用。巨噬細(xì)胞在機體調(diào)控下產(chǎn)生極化，極化后的巨噬細(xì)胞表現(xiàn)出不同的功能表型，根據(jù)表位的不同可以將極化后的巨噬細(xì)胞分為經(jīng)典活化的巨噬細(xì)胞(Classically activated macrophage)和替代性活化的巨噬細(xì)胞(Alternatively activated macrophage)[3-4]，分別稱為 M1型巨噬細(xì)胞和 M2 型巨噬細(xì)胞。甘露糖受體(Macrophage mannose receptor，MR)、精氨酸酶 1(Arginase 1，Arg1)和清道夫受體(Scavenger receptor，SR)等是 M2 表型的特征表達物，而M1 表型的特征表達物是誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(Inductible nitric oxide synthase，iNOS)[5]。M1型巨噬細(xì)胞在炎癥發(fā)生方面起主導(dǎo)作用，對微生物、胞內(nèi)寄生蟲和腫瘤細(xì)胞展現(xiàn)出明顯的殺傷作用；而M2 型巨噬細(xì)胞主要在組織修復(fù)、寄生蟲感染和免疫反應(yīng)等調(diào)控環(huán)節(jié)中發(fā)揮著不可替代的作用[6]。

1 巨噬細(xì)胞多樣性

巨噬細(xì)胞作為一類多功能細(xì)胞，是由骨髓前體細(xì)胞分化而來，最初對巨噬細(xì)胞的定義是有活性或無活性巨噬細(xì)胞[7]，隨后發(fā)現(xiàn)不同條件刺激下的巨噬細(xì)胞可以發(fā)生不同效應(yīng)的活化，且活化后的巨噬細(xì)胞執(zhí)行不同的免疫應(yīng)答反應(yīng)。在免疫應(yīng)答中巨噬細(xì)胞發(fā)揮著極其重要的作用，當(dāng)病原體侵入機體時巨噬細(xì)胞可非特異性的識別并啟動宿主免疫應(yīng)答直接殺傷病原體[3]。二元分類法將巨噬細(xì)胞分為M1 型巨噬細(xì)胞和 M2 型巨噬細(xì)胞，而 Mantovani 等在二元分類法基礎(chǔ)上提出的分類方法更明確的區(qū)分不同效應(yīng)下活化的巨噬細(xì)胞[8]。該方法與二元分類法最大的區(qū)別是在保留M1 型巨噬細(xì)胞分類的基礎(chǔ)上，對M2 型巨噬細(xì)胞給出了更細(xì)微的區(qū)分，即在不同因子刺激下的M2 型巨噬細(xì)胞又分為 M2a、M2b 和 M2c 三類。巨噬細(xì)胞的核心亞群與細(xì)菌、原蟲、腫瘤、自身免疫以及蠕蟲感染等的免疫應(yīng)答反應(yīng)有關(guān)聯(lián)[9]。

2 巨噬細(xì)胞極化在微生物感染中的作用

當(dāng)微生物侵入機體后，機體為了內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)而快速做出應(yīng)答反應(yīng)，巨噬細(xì)胞作為機體固有免疫的主力軍發(fā)揮著極其重要的作用。微生物感染前期，巨噬細(xì)胞以M1 型極化為主導(dǎo)誘發(fā)炎癥反應(yīng)，同時釋放大量的炎癥相關(guān)因子，殺滅侵入機體的微生物。感染后期，機體對炎癥反應(yīng)進行調(diào)節(jié)，減弱炎癥反應(yīng)避免其對機體產(chǎn)生的損傷，調(diào)節(jié)的機制主要是改變巨噬細(xì)胞的極化類型，由M1 型向M2 型發(fā)生偏移或者誘發(fā)凋亡，M2 型巨噬細(xì)胞的產(chǎn)生減緩了炎癥反應(yīng)的同時也為微生物逃避機體免疫提供了條件(圖1)。

M1 型巨噬細(xì)胞的極化主要由Th1 型細(xì)胞因子、IL-1和一些病原微生物的脂多糖(Lipopolysaceharide，LPS)、脂蛋白(Lipoproteins，Lp)等刺激而發(fā)生，釋放促炎因子IL-12、IL-6、IL-1、IL-23和其它趨化因子等參與炎癥反應(yīng)。M1型極化不但可以促進炎癥反應(yīng)的發(fā)生而且還具有極強的抗原遞呈功能，進一步加強Th1 細(xì)胞免疫反應(yīng)[10-11]。M1型巨噬細(xì)胞可高表達 iNOS 和活性氧(Reactive oxygen species，ROS)，從而釋放大量NO和ROS，對微生物具有殺傷作用[12]，NO 可促進 NK 細(xì)胞的活化和調(diào)節(jié)淋巴細(xì)胞殺滅病毒和寄生蟲。吞噬細(xì)胞細(xì)胞膜的氧化酶可被細(xì)菌或其它病原體的病原相關(guān)分子模式(Pathogen-associated molecular patterns，PAMP)與吞噬細(xì)胞受體結(jié)合后激活，產(chǎn)生大量 ROS，從而發(fā)揮殺傷細(xì)菌作用[13]。鐵轉(zhuǎn)運蛋白在M1 型巨噬細(xì)胞中高表達，而血清鐵蛋白呈低表達，胞內(nèi)鐵的聚集可以促進巨噬細(xì)胞對細(xì)菌的抑制作用[14]。

M2 型巨噬細(xì)胞的極化主要由 IL-3、細(xì)胞集落刺激因子(M-CSF)等刺激產(chǎn)生，被激活的M2 型巨噬細(xì)胞分泌抗炎因子 如 IL-10、TGF-β 和 AMAC-1 等，介導(dǎo) Th2 型免疫反應(yīng)。極化后的 M1 和 M2 型巨噬細(xì)胞功能差異很大，但是在介導(dǎo)炎癥反應(yīng)的過程中關(guān)系非常密切，M2 型巨噬細(xì)胞通常起到抑制炎癥反應(yīng)的作用，從而減少M1 型巨噬細(xì)胞的極化，參與慢性炎癥反應(yīng)，是微生物逃避免疫反應(yīng)的重要途徑。M2 型巨噬細(xì)胞在寄生蟲感染過程中的主要作用是減少急性組織損傷、增強修復(fù)、激活Th2 型免疫反應(yīng)和促進殺傷蟲體[15]。M2 型巨噬細(xì)胞雖然可以通過增強Arg1 信號通路破壞蟲體運動而殺傷寄生蟲，但也可以通過上調(diào)Arg1 的表達以及增強iNOS 與L- 精氨酸競爭性結(jié)合，降低NO 的產(chǎn)生，從而抑制殺菌和寄生蟲的免疫。此外，M2 型巨噬細(xì)胞還可以協(xié)同中性粒細(xì)胞以及補體系統(tǒng)殺傷寄生蟲[16]。極化后的M2 型巨噬細(xì)胞在機體抵抗寄生蟲侵染時起到了一定的作用，其作用機制首先表達細(xì)胞趨化因子，進而在機體內(nèi)招募大量白細(xì)胞聚集，這一系列的反應(yīng)將對組織修復(fù)和變態(tài)反應(yīng)產(chǎn)生影響[17]。

圖1 巨噬細(xì)胞極化與微生物感染之間的關(guān)聯(lián)

2.1 巨噬細(xì)胞極化在細(xì)菌感染中的作用 GM-CSF 和IL-4 共同作用產(chǎn)生的M2 型巨噬細(xì)胞對細(xì)菌的吞噬能力增強，而 GM-CSF 和 IFN-γ 共同作用產(chǎn)生的 M1 細(xì)胞朗漢斯巨細(xì)胞具有相對高的殺菌作用，但時間越長其殺菌能力越弱。研究顯示，羊布魯菌感染后期，M2 型巨噬細(xì)胞內(nèi)啟動了JAK-STAT6 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，發(fā)揮了抑制炎癥反應(yīng)的作用[18]。Paciello 等研究顯示弗氏志賀菌侵入細(xì)胞后可以調(diào)控細(xì)胞內(nèi)LPS 乙?；?，而LPS 乙酰化后與TLR4 的結(jié)合位點發(fā)生改變，導(dǎo)致兩者不能特異性結(jié)合，從而降低了TLR4 通路調(diào)控的炎性因子的釋放，減弱M1 型巨噬細(xì)胞的極化進而逃避巨噬細(xì)胞的吞噬和殺滅[19]。小鼠肺臟感染葡萄球菌時，細(xì)胞Akt1 信號通路可以增強細(xì)胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子 1 (Suppressor of cytokine signaling1，SOCS1)的活性，抑制核因子 κB (NF-κB)的活性，從而抑制炎性的 M1 型巨噬細(xì)胞的極化[20]。也有研究表明，金黃色葡萄球感染期間，巨噬細(xì)胞 Forkhead box 轉(zhuǎn)錄因子 O1(FoxO1)的分泌可以促進巨噬細(xì)胞 M1 極化，有利于對金黃色葡萄球菌的清除[21]。結(jié)核病時分泌的致病因子糖脂可調(diào)控巨噬細(xì)胞吞噬體以抑制巨噬細(xì)胞M1 型的極化，而結(jié)核病早期分泌抗原靶蛋白6(Early secretory antigenic target-6，ESAT-6)則可以通過調(diào)節(jié) NF-κB 信號通路的活性繼而來調(diào)控巨噬細(xì)胞的M1 型極化[22]。結(jié)核分支桿菌對巨噬細(xì)胞極化的調(diào)控可以控制Wnt6 信號通路，阻斷炎癥反應(yīng)的進行，進而增大巨噬細(xì)胞向M2 型極化發(fā)生偏移[23]。此外，在結(jié)核分支桿菌感染期間，由結(jié)核分支桿菌刺激的B細(xì)胞產(chǎn)生的I 型干擾素(IFN-I)促進巨噬細(xì)胞向M2 表型極化[24]。Eisele 等研究傷寒沙門菌侵入機體誘發(fā)感染時發(fā)現(xiàn)，菌體感染后可以通過刺激M2 型巨噬細(xì)胞過氧化物酶增殖物激活受體(Peroxisome proliferator activated receptor，PPAR) δ 基因的高表達來提高菌體在小鼠機體的存活率，證實M2 型巨噬細(xì)胞PPAR δ 基因的表達可對細(xì)菌殺滅和清除產(chǎn)生影響，低表達時可以限制細(xì)菌的復(fù)制[25]。銅綠假單胞菌感染眼部時，IL-33 的表達上調(diào)，巨噬細(xì)胞向 M2極化，有利于細(xì)菌的清除進而減輕炎癥[26]。幽門螺桿菌感染可使巨噬細(xì)胞中陽離子通道瞬時受體電位melastatin 2(TRPM2)的功能喪失，促進經(jīng)典活化的M1 型巨噬細(xì)胞極化，從而減少幽門螺桿菌的胃定植，同時增加胃黏膜的炎癥反應(yīng)[27]。通常情況下 M1 巨噬細(xì)胞通常比非活化的或M2 巨噬細(xì)胞能夠更好地殺死病原體[28-29]，但對戈登氏鏈球菌感染的研究結(jié)果卻恰好相反。已知巨噬細(xì)胞具有成熟的吞噬體，還具有產(chǎn)生反應(yīng)性吞噬體活性氧(ROS)以及蛋白水解的能力，并且炎癥性巨噬細(xì)胞(M1)與調(diào)節(jié)性或創(chuàng)傷愈合型巨噬細(xì)胞相比，其可延長ROS 的反應(yīng)和緩慢酸化[30-32]。而戈登氏鏈球菌寄生在巨噬細(xì)胞內(nèi)可抵抗ROS 的活性，同時可延緩?fù)淌审w的成熟，因此戈登氏鏈球菌在炎癥性巨噬細(xì)胞(M1)內(nèi)的存活能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于替代性活化巨噬細(xì)胞(M2)[33]。因此，對于細(xì)菌性感染，一般情況下菌體侵入機體后可阻礙巨噬細(xì)胞向M1 型極化，從而逃避免疫系統(tǒng)的殺滅與清除。

2.2 巨噬細(xì)胞極化在寄生蟲感染中的作用 M1 型巨噬細(xì)胞能夠利用活性氧化物抑制和殺滅胞內(nèi)寄生蟲，M2 型通過上調(diào)Arg-1 的表達，與iNOS 對相同底物 L- 精氨酸進行競爭，繼而抑制NO 的生成，使得機體對寄生蟲胞內(nèi)感染呈現(xiàn)出免疫抑制效應(yīng)[34]。華支睪吸蟲感染的早期階段，肝巨噬細(xì)胞優(yōu)先分化為M1 巨噬細(xì)胞，然而，華支睪吸蟲成熟蠕蟲釋放卵時，M1 巨噬細(xì)胞和活化的肝巨噬細(xì)胞(M2 巨噬細(xì)胞)的豐度均顯著增加。此外，纖維化和肝硬化階段，M2 巨噬細(xì)胞的比例明顯增加。值得注意的是，在纖維化和肝硬化階段可以顯著增加產(chǎn)生Arg-1 的巨噬細(xì)胞(M2 表型)的比例，這與肝纖維化和組織修復(fù)相關(guān)[35]。墨西哥利什曼原蟲感染時，機體產(chǎn)生的PPAR 誘導(dǎo)M1 巨噬細(xì)胞極化，促進M1 巨噬細(xì)胞分泌ROS，從而增強對墨西哥利什曼原蟲的殺傷和清除[36]。Zhu 等研究發(fā)現(xiàn)由經(jīng)典途徑激活的巨噬細(xì)胞(M1 巨噬細(xì)胞)產(chǎn)生的 NO 對血吸蟲幼蟲具有細(xì)胞毒性并且可以防止肝臟血吸蟲纖維化，而交替活化的巨噬細(xì)胞(M2 巨噬細(xì)胞)表達的 Arg-1 促進肝臟纖維化[37]。Xu 等指出重組旋毛蟲假絲酵母絲氨酸蛋白酶抑制劑(rTp-Serpin)通過活化信號轉(zhuǎn)導(dǎo)體和轉(zhuǎn)錄激活因子3信號通路誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M2 表型極化，并在體外抑制脂多糖誘導(dǎo)的M1 經(jīng)典活化，從而干擾巨噬細(xì)胞的殺傷，使旋毛蟲可以逃避機體的免疫監(jiān)控[38]。還有研究指出弓形蟲逃避機體免疫監(jiān)視的機制是弓形蟲可以直接代謝脯氨酸，而脯氨酸合成的原料是L- 精氨酸，使得 M1 型巨噬細(xì)胞極化受到抑制，而M2 型極化上調(diào)為弓形蟲的生存繁殖創(chuàng)造了有利條件，并且M2 型在一定意義上成為了弓形蟲在體內(nèi)播散的重要載體[39]。因此，對于寄生蟲感染，不同寄生蟲或者寄生蟲不同的發(fā)育時期激發(fā)巨噬細(xì)胞極化的類型不盡相同。

2.3 巨噬細(xì)胞極化在病毒感染中的作用 Hajizadeh 等發(fā)現(xiàn)丙型肝炎病毒感染機體時首先引發(fā)機體肝臟內(nèi)部產(chǎn)生一個慢性感染病灶，病毒蛋白NS3 通過巨噬細(xì)胞THP-1 提高 IL-12 和 TNF-α 的分泌，進一步提高 M1 型巨噬細(xì)胞的偏移，引起持續(xù)性的炎癥反應(yīng)[40]。IFN-γ 介導(dǎo)的 M1 型巨噬細(xì)胞下調(diào)初級 CD4 受體和CCL 趨化因子(CCL3，CCL4和 CCL5)而限制 HIV-1 復(fù)制，并且 M2a 巨噬細(xì)胞極化后抑制病毒復(fù)制水平。IL-4 受體缺陷的小鼠可以阻斷巨噬細(xì)胞M2a 極化，呼吸道合胞病毒感染加劇了其肺部炎癥和損傷，表明平衡的M2 巨噬細(xì)胞分化對于在疾病晚期控制呼吸道合胞病毒誘發(fā)的免疫病理學(xué)是必需的[41-43]。因此，對于病毒感染早期，機體巨噬細(xì)胞偏向M1 極化有利于病毒生存。

2.4 巨噬細(xì)胞極化在其它微生物感染中的作用 Vanin-1是一種谷胱甘肽調(diào)節(jié)酶，同時可以在局部釋放半胱氨酸對細(xì)胞的氧化還原狀態(tài)進行調(diào)控。立克次體感染模型中發(fā)現(xiàn)Vanin-1 可以控制肉芽腫的形成和巨噬細(xì)胞向M2 型極化，從而保證其在機體內(nèi)長期存活[44]。衣原體不但可以在上皮細(xì)胞中存活也可以存活于巨噬細(xì)胞中[45]，并且衣原體不會像其它細(xì)胞內(nèi)的細(xì)菌一樣在胞內(nèi)感染過程中誘發(fā)巨噬細(xì)胞極化[46]。極化的巨噬細(xì)胞對細(xì)胞外衣原體具有不同的控制能力，M2 巨噬細(xì)胞不影響衣原體生長，而 M1 巨噬細(xì)胞可以控制衣原體感染。盡管極化后的M1 巨噬細(xì)胞具有抗微生物特征，卻不能消除細(xì)胞內(nèi)的衣原體[46]。以新生隱球菌感染建立的支氣管肺真菌病(ABPM)小鼠感染模型的主要偏向 Th2 免疫應(yīng)答，但也有 Th1 因子的產(chǎn)生[47]。因此，巨噬細(xì)胞極化分型在許多微生物感染免疫中均起到一定的作用。

3 展 望

巨噬細(xì)胞作為機體抵抗感染的第一道防線，在疾病發(fā)展和轉(zhuǎn)歸中起到極為重要的作用，通過改變巨噬細(xì)胞的功能表達將對疾病防控與機體康復(fù)帶來重大的影響。極化后的巨噬細(xì)胞對一些微生物的存活和清除發(fā)揮著非常重要的作用，一般認(rèn)為經(jīng)典活化的M1 型巨噬細(xì)胞被是消除某些微生物的重要效應(yīng)細(xì)胞，而替代性活化的M2 型巨噬細(xì)胞是病原體存活的關(guān)鍵。巨噬細(xì)胞精確的極化在機體對抗微生物感染的不同階段發(fā)揮著不盡相同的作用。因此，以干預(yù)巨噬細(xì)胞極化為切入點，使其向有利于控制、清除病原微生物的方向發(fā)展，可以成為治療微生物感染性疾病的新思路[48]。然而，巨噬細(xì)胞活化的某些機制、分型和功能特點等不清楚。巨噬細(xì)胞胞外捕獲器被認(rèn)為是固有免疫細(xì)胞的新型防御機制，本實驗室也試圖揭示巨噬細(xì)胞活化分型在巨噬細(xì)胞胞外捕獲器形成中的確切作用[49]。此外，已知靶向抑制 Krüppel 樣因子 13 (Krüppel like factor 13，KLF13)與巨噬細(xì)胞極化的調(diào)控有關(guān)，但 KLF13 與巨噬細(xì)胞極化的確切關(guān)系尚不明確。let-7c 雖然可以通過靶向阻礙C/EBPδ 的分泌進而調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞發(fā)生極化，但是C/EBPδ和M2 極化的聯(lián)系不明確，仍需要進一步的研究。