王蕾 王桐生 王雅娟

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)是全球發(fā)病率高、死亡率高的慢性呼吸系統(tǒng)疾病。主要由吸入的有毒顆粒引起,特別是煙草煙霧和污染物[1]。因此,戒煙規(guī)劃、增加身體活動(dòng)以及早期發(fā)現(xiàn)和治療是減輕疾病負(fù)擔(dān)的關(guān)鍵。然而,如果沒有全球政治和經(jīng)濟(jì)努力來(lái)減少煙草使用,規(guī)范環(huán)境暴露,并找到大量生物質(zhì)燃料的替代品,COPD將在未來(lái)幾十年內(nèi)仍然是一個(gè)主要的醫(yī)療保健問題[2]。目前COPD的治療僅以緩解癥狀為主,常用藥物為糖皮質(zhì)激素、抗生素及長(zhǎng)效的β2受體激動(dòng)劑和M受體阻斷劑。據(jù)報(bào)道,這些藥物僅能控制患者氣流受限的癥狀,并不能從根本上改善氣道慢性炎癥,對(duì)肺功能也無(wú)明顯改善作用,并且長(zhǎng)期使用此類藥物所致的副作用及藥效下降也一定程度上限制了其臨床應(yīng)用[3]。因此,了解COPD的發(fā)病機(jī)制,尋求安全有效的治療藥物迫在眉睫。閱讀大量文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn),巨噬細(xì)胞在COPD發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

COPD患者肺部炎癥主要由環(huán)境刺激、先天性免疫細(xì)胞(巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、固有淋巴細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞)和適應(yīng)性免疫細(xì)胞(B和T淋巴細(xì)胞)共同介導(dǎo)[4]。氣道上皮是呼吸道抵御環(huán)境因素的第一道防線,也是先天性免疫系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分,提供物理和免疫調(diào)節(jié)屏障。當(dāng)氣道暴露于香煙煙霧、氧化劑和其他污染物等環(huán)境因素后,上皮細(xì)胞釋放促炎介質(zhì),并通過(guò)激活抗原識(shí)別受體和Toll 樣受體(Toll-like receptor, TLR),引起胸腺間質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素(Thymic Stromal Lymphopoietin,TSLP)表達(dá)增加,并釋放IL-33和IL-25,進(jìn)一步放大氣道炎癥。肺部的炎癥反應(yīng)誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞在肺部募集,發(fā)揮吞噬作用,隨著刺激因素的持續(xù),巨噬細(xì)胞進(jìn)一步激活適應(yīng)性免疫細(xì)胞,共同對(duì)抗炎癥或引起機(jī)體免疫失衡[5]。

一、巨噬細(xì)胞

巨噬細(xì)胞是在胚胎發(fā)生過(guò)程中建立的單核吞噬細(xì)胞,主要來(lái)源于卵黃囊或胎兒肝臟,在增殖性炎癥條件下(如組織修復(fù))從血液和骨髓中招募[6]。巨噬細(xì)胞是組織穩(wěn)態(tài)和炎癥中的關(guān)鍵效應(yīng)細(xì)胞,具有高度可塑性,在炎癥過(guò)程中發(fā)揮著重要功能。巨噬細(xì)胞表達(dá)多種模式識(shí)別受體,包括 Toll 樣受體、炎性體和凝集素樣受體。當(dāng)組織受損,病原體、感染細(xì)胞和死于壞死性凋亡或焦亡的細(xì)胞會(huì)釋放病原體或損傷相關(guān)分子模式,從而激活巨噬細(xì)胞和其他常駐細(xì)胞群中的炎癥信號(hào)通路,將中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞和其他炎癥細(xì)胞募集到組織中。巨噬細(xì)胞會(huì)根據(jù)細(xì)胞外微環(huán)境的變化分化成促炎的經(jīng)典活化巨噬細(xì)胞(M1)或抗炎的替代活化巨噬細(xì)胞(M2)。在脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)和/或干擾素-γ(interferon-γ,IFN-γ)的刺激下,巨噬細(xì)胞極化為 M1 型,并釋放iNOS、IL-1、IL-6 和TNF-α等促炎細(xì)胞因子。當(dāng)這些促炎因子沒有被及時(shí)清除,則會(huì)加劇炎癥反應(yīng)并導(dǎo)致宿主損傷。相反,當(dāng)用 IL-4 或 IL-13 誘導(dǎo)時(shí),巨噬細(xì)胞會(huì)極化為 M2 型,并分泌Arg1 和 IL-10 等抗炎因子,緩解炎癥反應(yīng),促進(jìn)組織再生。巨噬細(xì)胞的不同極化表型決定了它們?cè)谘装Y的發(fā)生、發(fā)展和維持體內(nèi)平衡中的重要作用[7, 8]。

近年來(lái),研究發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞在多種炎癥性疾病中發(fā)揮重要作用。據(jù)報(bào)道,巨噬細(xì)胞在動(dòng)脈粥樣硬化性心血管疾病的發(fā)展中起著核心作用。在每個(gè)血管床中巨噬細(xì)胞維持局部炎癥反應(yīng),傳播斑塊發(fā)育并促進(jìn)血栓形成。巨噬細(xì)胞通過(guò)粘附活化的內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)入內(nèi)皮下細(xì)胞空間,斑塊內(nèi)巨噬細(xì)胞吸收脂質(zhì)沉積顆粒并轉(zhuǎn)化為泡沫細(xì)胞,泡沫細(xì)胞進(jìn)一步誘導(dǎo)一連串炎癥反應(yīng),促進(jìn)更多的脂蛋白保留、細(xì)胞外基質(zhì)修飾和持續(xù)的慢性炎癥[9]。另有研究發(fā)現(xiàn),巨噬細(xì)胞和成纖維細(xì)胞相互作用在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis,RA)發(fā)生進(jìn)展中至關(guān)重要。疾病發(fā)作導(dǎo)致單核細(xì)胞從循環(huán)中募集,在循環(huán)中局部分化為促炎巨噬細(xì)胞,隨著時(shí)間的推移,成纖維細(xì)胞和巨噬細(xì)胞群的擴(kuò)張導(dǎo)致滑膜增厚。滑膜中的巨噬細(xì)胞在RA早期主要分泌趨化因子CXCL4和CXCL7以募集中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞,產(chǎn)生促炎介質(zhì)促進(jìn)白細(xì)胞不斷募集和激活到關(guān)節(jié)中,并通過(guò)轉(zhuǎn)錄因子-κB(Nuclear factor-kappa B, NF-κB),IRF5,STAT1 / 5以及基因表達(dá)修飾劑維持。 促炎巨噬細(xì)胞還分泌血管生成因子增加新血管的形成,以及影響成纖維細(xì)胞分泌核因子-κB受體活化因子配體(receptor activator of Nuclear factor-kappa B Ligand,RANKL),導(dǎo)致骨侵蝕[10]。有研究顯示,在膿毒癥早期,巨噬細(xì)胞過(guò)度激活分泌大量促炎因子和趨化因子,加重炎癥反應(yīng),膿毒癥晚期巨噬細(xì)胞過(guò)度凋亡導(dǎo)致免疫功能障礙和器官損傷[11]。據(jù)報(bào)道,巨噬細(xì)胞可分別使用相互底物競(jìng)爭(zhēng)的酶iNOS或Arg1將L-精氨酸代謝為一氧化氮(NO)或鳥氨酸。M1巨噬細(xì)胞表達(dá)iNOS催化生成的NO和ROS能夠誘導(dǎo)氧化應(yīng)激。M2巨噬細(xì)胞的典型特征是Arg-1的增加,Arg-1產(chǎn)生的L-鳥氨酸可促進(jìn)膠原蛋白合成、細(xì)胞分裂和細(xì)胞生長(zhǎng)。iNOS和Arg-1之間對(duì)L-精氨酸的競(jìng)爭(zhēng)可以通過(guò)相反的巨噬細(xì)胞表型在功能上驅(qū)動(dòng)COPD病理過(guò)程[12]。

1. 巨噬細(xì)胞M1極化

經(jīng)典活化的巨噬細(xì)胞構(gòu)成了對(duì)抗病原體的第一道防線,在感染早期階段對(duì)微生物和基質(zhì)碎片發(fā)揮吞噬作用,并且具有高抗原呈遞能力。M1型巨噬細(xì)胞一般由病原微生物的產(chǎn)物誘導(dǎo),如LPS、Toll樣受體配體或Th1淋巴細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子(如IFN-γ和TNF-α)。M1巨噬細(xì)胞表達(dá)CD80、CD86、主要組織相容性復(fù)合物Ⅱ類受體(Major histocompatibility complex, MHC-Ⅱ)、環(huán)氧合酶2(cyclooxygenase 2, COX2)和iNOS,并產(chǎn)生高水平的促炎細(xì)胞因子[13],如TNF-α、IL-1、IL-6和iNOS。促炎因子殺死細(xì)菌、病毒和惡性腫瘤細(xì)胞等感染性生物。死細(xì)胞可通過(guò)吞噬作用被巨噬細(xì)胞吸收,巨噬細(xì)胞吸收的任何異物都與溶酶體融合為囊泡,并在溶酶體中所含水解酶的作用下降解。由此可見,M1巨噬細(xì)胞通過(guò)感染防御作用參與維持人體穩(wěn)態(tài)[14]。當(dāng)促炎反應(yīng)激活時(shí)可導(dǎo)致慢性炎癥和炎癥性疾病,因此M1巨噬細(xì)胞的功能仍應(yīng)受到調(diào)節(jié)。此外,研究發(fā)現(xiàn)M1巨噬細(xì)胞可通過(guò)將抗原呈遞給幼稚T細(xì)胞并產(chǎn)生IL-1來(lái)誘導(dǎo)輔助性Th1型免疫應(yīng)答,誘導(dǎo)Th1細(xì)胞進(jìn)入感染組織部位,同時(shí)Th1細(xì)胞產(chǎn)生IFN-γ并增強(qiáng)M1巨噬細(xì)胞的吞噬活性[15]。

2. 巨噬細(xì)胞M2極化

M2巨噬細(xì)胞,也稱為交替活化巨噬細(xì)胞,可進(jìn)一步分為四種表型：M2a,M2b,M2c和M2d。M2a可由IL-4或IL-13激活;M2b可由免疫復(fù)合物、TLR激動(dòng)劑或IL-1R激動(dòng)劑激活;M2c可以通過(guò)IL-10、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)和糖皮質(zhì)激素來(lái)激活;M2d,該亞型由腫瘤相關(guān)因素的存在觸發(fā),其特征是IL-12表達(dá)降低和IL-10釋放增強(qiáng)。M2通常高表達(dá)CD206、CD163、Arg-1和類幾丁質(zhì)酶3樣分子3(chitinase 3-like 3,Ym1)。M2巨噬細(xì)胞具有免疫調(diào)節(jié)、抗炎、促進(jìn)傷口修復(fù)、血管生成、抵抗寄生蟲和腫瘤生長(zhǎng)等功能[16, 17]。

M2巨噬細(xì)胞參與組織修復(fù)和免疫耐受。M2巨噬細(xì)胞主要由IL-4和IL-13等細(xì)胞因子通過(guò)激活信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)器和轉(zhuǎn)錄激活劑6(signal transducer and activator of transcription 6, STAT6)誘導(dǎo)極化。M2巨噬細(xì)胞分泌IL-10、Arg-1和TGF-β以抑制炎癥反應(yīng)。M2巨噬細(xì)胞也是強(qiáng)效吞噬細(xì)胞,通過(guò)清除碎片并誘導(dǎo)傷口愈合和血管生成。M2巨噬細(xì)胞可在抑制炎癥反應(yīng),促進(jìn)組織重塑與修復(fù)以及血管生成和腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)中發(fā)揮重要作用。此外,M2巨噬細(xì)胞可產(chǎn)生Th2型趨化因子,趨化吸引Th2細(xì)胞及其他炎癥細(xì)胞,調(diào)節(jié)Th2型細(xì)胞免疫[18]。

3. 其他巨噬細(xì)胞

除了M1和M2巨噬細(xì)胞外,有研究發(fā)現(xiàn)存在其他不同的巨噬細(xì)胞亞群,如腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(tumor-associated macrophage, TAM)、CD169+巨噬細(xì)胞、TCR+巨噬細(xì)胞。

居住在腫瘤微環(huán)境(tumour microenvironment, TME)中的巨噬細(xì)胞被定義為腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞,TAM是TME中最豐富的免疫細(xì)胞之一。TAM作為腫瘤微環(huán)境的重要組成部分,影響腫瘤生長(zhǎng)、腫瘤血管生成、免疫調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)移和化學(xué)抵抗[19]。在腫瘤發(fā)展的初始階段,巨噬細(xì)胞可以通過(guò)殺死腫瘤細(xì)胞直接促進(jìn)抗腫瘤反應(yīng),也可以間接募集和激活其他免疫細(xì)胞。當(dāng)腫瘤或Th2細(xì)胞開始主導(dǎo)TME,TAM開始表現(xiàn)出免疫抑制性前腫瘤表型,促進(jìn)腫瘤進(jìn)展,轉(zhuǎn)移和對(duì)治療的抵抗[20]。

CD169+巨噬細(xì)胞是一種獨(dú)特的巨噬細(xì)胞亞群,不同于M1和M2巨噬細(xì)胞,但有研究發(fā)現(xiàn)CD169可以同時(shí)表達(dá)M1/M2型巨噬細(xì)胞的標(biāo)志物。CD169+巨噬細(xì)胞存在于全身的多個(gè)組織和器官中,主要在次級(jí)淋巴器官中表達(dá)。CD169分子被發(fā)現(xiàn)在囊腫下竇和淋巴結(jié)的髓質(zhì)以及脾臟的邊緣區(qū)的巨噬細(xì)胞高度表達(dá)[21]。CD169+巨噬細(xì)胞不介導(dǎo)吞噬作用,主要參與免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié),骨髓定居的CD169+巨噬細(xì)胞對(duì)成紅細(xì)胞島的形成至關(guān)重要[22]。

有文章發(fā)現(xiàn)在人類和鼠中有TCR+巨噬細(xì)胞的存在。TCR+巨噬細(xì)胞具有釋放CCL2的能力,并具有高吞噬能力。據(jù)報(bào)道,TCR巨噬細(xì)胞都與炎癥和感染性疾病有關(guān)[23]。

二、COPD中的巨噬細(xì)胞極化

COPD患者肺部的炎癥涉及先天性和適應(yīng)性免疫,巨噬細(xì)胞是呼吸道中最具代表性的免疫細(xì)胞,在檢查氣道、清除細(xì)胞碎片、免疫監(jiān)視和解決炎癥方面均發(fā)揮重要作用。肺中至少存在兩個(gè)不同的巨噬細(xì)胞群,分別稱為肺泡巨噬細(xì)胞(alveolar macrophage,AM)和間質(zhì)巨噬細(xì)胞(interstitial macrophages, IM)。每個(gè)都以其獨(dú)特的位置、屬性和功能而著稱。AM是氣道和肺的常駐巨噬細(xì)胞,IM存在于肺實(shí)質(zhì)中[24]。AM根據(jù)肺泡微環(huán)境變化發(fā)揮免疫抑制和促炎功能,而IM被認(rèn)為在肺組織內(nèi)具有調(diào)節(jié)功能。除了肺部駐留巨噬細(xì)胞,血液?jiǎn)魏思?xì)胞可以轉(zhuǎn)變?yōu)镮M,IM可以募集到空腔,并通過(guò)成熟過(guò)程過(guò)渡到AM[25]。

肺巨噬細(xì)胞從周圍組織接收到的刺激采用表型變化來(lái)發(fā)揮促炎和抗炎的雙重作用。支氣管上皮是先天免疫系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分,提供物理和免疫調(diào)節(jié)屏障,是抵御環(huán)境因素的第一道防線。暴露于吸入毒物后,支氣管上皮細(xì)胞被激活并釋放警報(bào)素(TSLP、IL-33、IL-25)和新合成的細(xì)胞因子(TNF-α、IL-1、IL-6、GM-CSF和CXCL8)。M1型巨噬細(xì)胞主要通過(guò)IFN-γ和LPS活化,分泌以TNF-α、IL-1β、iNOS等為代表的促炎因子,在肺部炎癥早期承擔(dān)著重要作用,發(fā)揮促炎和氧化應(yīng)激作用,促進(jìn)氣道炎癥反應(yīng)和肺氣腫形成[26]。IL-33、TSLP、IL-25可通過(guò)激活固有淋巴細(xì)胞釋放IL-4、IL-13促進(jìn)巨噬細(xì)胞M2極化,分泌以IL-10、TGF-β為代表的抑炎因子,起著抑制炎癥反應(yīng)及組織修復(fù)的作用[27]。在COPD患者中發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞M1和M2極化均存在。COPD早期主要是以M1為主,以激發(fā)適應(yīng)性免疫反應(yīng),清除外來(lái)入侵的微生物,而在COPD中后期,由于炎癥反應(yīng)的持續(xù)發(fā)展,為了維護(hù)機(jī)體穩(wěn)態(tài),M2將發(fā)揮抗炎作用,分泌TGF-β等抗炎因子以抑制過(guò)度的炎癥反應(yīng)。TGF-β是最早被認(rèn)為是傷口愈合和纖維化關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子的免疫因子之一。在肺中,TGF-β的產(chǎn)生與肺纖維化進(jìn)展密切相關(guān)。TGF-β可直接激活成纖維細(xì)胞,肌成纖維細(xì)胞,上皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞的合成和增殖來(lái)誘導(dǎo)肺纖維化,導(dǎo)致氣道重塑,氣道狹窄[28]。

三、巨噬細(xì)胞極化與COPD靶向治療

據(jù)報(bào)道,香煙煙霧(cigarette smoke, CS)可導(dǎo)致小鼠肺巨噬細(xì)胞中M2表型占主導(dǎo)地位,并通過(guò)TGF-β/Smad途徑調(diào)控巨噬細(xì)胞極化促進(jìn)COPD[29]。Wang等研究發(fā)現(xiàn)髓樣細(xì)胞觸發(fā)受體-1(triggering receptors expressed on myeloid cell-1, TREM-1)在COPD中高表達(dá)。抑制TREM-1可有效改善了COPD小鼠肺組織的損傷,減少了巨噬細(xì)胞的浸潤(rùn)[30]。研究發(fā)現(xiàn)血管緊張素Ⅱ型2受體(angiotensin Ⅱ receptor, AT2R)激活可減輕COPD中的氣道炎癥,使巨噬細(xì)胞從M1表型到M2表型的極化[31]。Kim等研究發(fā)現(xiàn)抑制CS誘導(dǎo)的小鼠肺miR-21表達(dá)可使氣道巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞受到抑制,并改善肺功能[32]。Sun等研究發(fā)現(xiàn)氫氣能減輕COPD模型大鼠肺部的炎癥,其機(jī)制可能與其抑制肺泡巨噬細(xì)胞M1極化激活M2極化相關(guān)[33]。據(jù)報(bào)道,麥角甾醇處理RAW264.7細(xì)胞和SD大鼠,可通過(guò)減少ROS、IL-6和TNF-α,增加IL-10和TGF-β來(lái)抑制香煙煙霧提取物(cigarette smoke extract,CSE)誘導(dǎo)的炎癥,在體外和體內(nèi)將巨噬細(xì)胞的動(dòng)態(tài)極化從M1轉(zhuǎn)向M2,改善了大鼠的肺部損傷及細(xì)胞損傷[34]。柚皮素是一種二氫黃酮類的單體化合物,主要存在于蕓香科植物。具有抗菌、抗炎、抗氧化等多種生物學(xué)作用。研究發(fā)現(xiàn)柚皮素可抑制CSE引起的BEAS-2B來(lái)源的細(xì)胞外囊泡貨物分子紊亂,從而抑制了M1巨噬細(xì)胞極化[35]。紫菀為菊科植物紫菀的干燥根和根莖,常用于治療呼吸系統(tǒng)疾病,紫菀酮可作為紫菀的特有成分,研究發(fā)現(xiàn),紫菀酮通過(guò)擰轉(zhuǎn)小鼠和RAW264.7細(xì)胞的M1表型到M2表型的極化,減弱了膿毒癥誘導(dǎo)的急性肺損傷。發(fā)現(xiàn)紫菀酮可能通過(guò)ECM1/STAT5/NF-κB途徑促進(jìn)M2巨噬細(xì)胞的極化并抑制M1巨噬細(xì)胞的極化[36]。新對(duì)葉百部堿是對(duì)葉百部的主要的活性成分,通過(guò)抑制巨噬細(xì)胞的募集和M2極化對(duì)博來(lái)霉素誘導(dǎo)的肺纖維化具有顯著的保護(hù)作用[37]。

楊柳柳等研究發(fā)現(xiàn)肺康顆?？梢越档虲OPD大鼠模型BALF中IL-33炎癥因子水平,調(diào)控巨噬細(xì)胞,改善COPD大鼠模型肺功能[38];另有研究發(fā)現(xiàn),肺康顆粒改善大鼠肺功能,減少促炎因子的分泌與巨噬細(xì)胞的活化有關(guān)[39]。研究發(fā)現(xiàn),宣肺止嗽合劑能顯著下調(diào)IL-17A表達(dá),調(diào)控M2/M1型巨噬細(xì)胞的數(shù)量,緩解大鼠的肺組織病理?yè)p傷,改善其肺功能[40]。補(bǔ)肺益腎方由人參、炙黃芪、酒萸肉、枸杞子、醋五味子、炙淫羊藿等組成。臨床研究發(fā)現(xiàn),補(bǔ)肺益腎方治療COPD療效確切,可以改善患者的臨床癥狀、減少急性發(fā)作次數(shù)、提高患者生活質(zhì)量。Liu等人研究發(fā)現(xiàn)補(bǔ)肺益腎方的有效成分組合可通過(guò)抑制mTORC2信號(hào)通路,從而抑制M2巨噬細(xì)胞極化,減少纖維化因子的釋放,從而改善COPD癥狀和氣道重塑[41]。針灸在中國(guó)已有3000多年的歷史,足三里與肺俞是臨床上針刺治療COPD時(shí)的常用穴位,研究發(fā)現(xiàn),電針干預(yù)“足三里”和“肺俞”可通過(guò)抑制MyD88/NF-κB p65信號(hào)通路有效下調(diào)COPD大鼠M1型巨噬細(xì)胞極化相關(guān)標(biāo)志物的表達(dá),從而起到抑制M1型巨噬細(xì)胞極化,改善大鼠肺部炎性反應(yīng)的作用[42]。

四、結(jié)語(yǔ)

巨噬細(xì)胞參與COPD中的先天性免疫和適應(yīng)性免疫,當(dāng)巨噬細(xì)胞接受刺激后可發(fā)揮吞噬作用參與先天性免疫并同時(shí)通過(guò)抗原呈遞作用參與適應(yīng)性免疫。巨噬細(xì)胞在不同刺激下可發(fā)生M1、M2不同極化,分泌不同的細(xì)胞因子,分別促進(jìn)Th1、Th2型免疫反應(yīng),參與疾病進(jìn)程。COPD中的免疫失衡已成為近年來(lái)研究熱點(diǎn),但巨噬細(xì)胞的極化及其在COPD的炎癥和氣道重塑中的作用有待進(jìn)一步研究。本文總結(jié)了巨噬細(xì)胞極化及巨噬細(xì)胞極化與COPD靶向治療的研究現(xiàn)狀,為防治COPD提供參考。