肺泡巨噬細胞在肺部穩(wěn)態(tài)及感染中的作用研究進展(完整版)

1、肺泡巨噬細胞在肺部穩(wěn)態(tài)及感染中的作用研究進展（全文）呼吸系統(tǒng)疾病是全球人類死亡的主要原因之一，肺部感染、肺癌和COPD每年造成數(shù)百萬人死亡 1。人體呼吸道大致分為上呼吸道和下 呼吸道。上呼吸道由鼻子、咽部和喉部組成。下呼吸道為樹狀組織， 從氣管分支到支氣管、細支氣管，最后是肺泡。肺泡下方是密集的毛 細血管網(wǎng)絡，生命必需的氧氣和二氧化碳交換便在肺泡上皮和肺泡周 圍的毛細血管內(nèi)皮之間進行，二者僅由厚度為0.20.5 gm的融合基底膜分幵。人體每天吸入近11 000 L空氣，其中包含了許多危險的或無害的顆粒、毒素、過敏原和感染因子，肺泡脆弱的屏障不斷暴露于 這些潛在的危險環(huán)境，需要有效的肺部免疫系統(tǒng)

2、進行密切監(jiān)測。肺泡 巨噬細胞（alveolar macrophages ，AMs）位于肺泡的腔側，是呼吸樹 的第一個哨兵，也是機體固有免疫重要的組成部分，穩(wěn)態(tài)下AMs占肺泡內(nèi)90%95%的細胞組成。AMs受到各種復雜因素的影響，進 化出相應的功能，履行著維持肺內(nèi)穩(wěn)態(tài)和第一線防御的作用2,3。1 AMs的起源和極化吞噬的概念來自古希臘，是19世紀80年代由諾貝爾經(jīng)濟學獎得主Elie Metchnikoff定義的，用來形容巨噬細胞吞噬異物的一種防御機制。曾經(jīng)的主流觀點認為大多數(shù)組織巨噬細胞來源于循環(huán)和骨髓中的 單核細胞前體。最近的深入研究表明，肺泡駐留巨噬細胞源自胚胎衍 生的胎兒單核細胞，并在出生

3、后形成高度依賴于粒細胞-巨噬細胞集落（穩(wěn)態(tài)時）刺激因子的自我復制，可持續(xù)整個生命，并在大多數(shù)情況下獨立于血液單核細胞的輸入4,5。在發(fā)生感染、代謝紊亂時，可通過募集骨髓來源的血液單核細胞以補充肺泡駐留巨噬細胞。AMs群體在不同狀態(tài)下存在咼度動態(tài)調(diào)節(jié)，炎癥可以增強肺泡駐留巨噬細胞的低水平增殖能力，而循環(huán)的單核細胞也可以長期替換原始的AMs o AMs的不同來源造就了其異質(zhì)性，使AMs在不同的機體狀態(tài)下能夠發(fā)揮及時的應對策略。巨噬細胞極化是巨噬細胞對微環(huán)境產(chǎn)生特定功能反應的過程。目前以M1/M2 來命名2種不同的極化狀態(tài)。 M1型巨噬細胞又稱經(jīng)典 活化巨噬細胞，可由干擾素丫、腫瘤壞死因子a、脂多糖

4、等誘導，表達主要組織相容性復合體U(major histocompatibility complex n，MHC n )、CD68、CD80及CD86共刺激分子等；M2型巨噬細胞即替代活化巨噬細胞，可由IL-4、IL-13、IL-10等誘導，表達高水平 的CD163 和CD206 7。M2型巨噬細胞根據(jù)刺激因子不同又可進一 步分為 M2a、M2b、M2c 和M2d站】。M1/M2 巨噬細胞在分泌促炎/抗炎細胞因子、誘導 Th1/Th2細胞免疫反應、無氧糖酵解代謝/氧化代謝、螯合/釋放鐵代謝等方面均有不同 1,11?？傮w來講，M1巨噬細 胞具有促炎、抗微生物、抗腫瘤活性，但同時也介導了組織損傷、

5、損 傷組織再生和傷口愈合；而 M2巨噬細胞對于碎片和凋亡細胞具有強 大的吞噬能力，能促進組織修復和傷口愈合，促進血管生成、纖維化、 腫瘤形成和進展，參與寄生蟲的清除等12。在病原體感染時，巨噬細胞在相應刺激誘導下形成M1型巨噬細胞，產(chǎn)生多種促炎細胞因子,以消滅病原體；而一旦感染得到控制，免疫系統(tǒng)則通過產(chǎn)生更多的M2型巨噬細胞來中和M1型巨噬細胞的作用13。與概念上簡單的雙峰極化相比，在體內(nèi)實際上存在更復雜的表型譜，尤其是在體內(nèi)多種因素作用下【14】。此外，完全分化的巨噬細胞在暴露于新的組織環(huán)境時可能保留改變其基因表達譜的能力15。這突出了巨噬細胞在分化后進行重編程的潛在能力，可以作為未來潛在的

6、治療方 法。目前，不同極化巨噬細胞的新標記也在不斷發(fā)現(xiàn)、更新，如 M1(CD38、Gpr18 和 Fpr2)和 M2(Myc 和 Egr2)。而除環(huán)境因素外, 細胞信號在巨噬細胞極化中的重要作用也正被研究者們所揭示。目前研究較多的有信號轉導與轉錄激活因子(sig nal tran sducer and activator of transcription， STAT)、干擾素調(diào)節(jié)因子、過氧化物酶增殖物激活受體丫、細胞核轉錄因子KB和激活蛋白6,16。其中，巨噬細胞極化受STAT1和STAT3/STAT6 的細胞信號傳導事件之間的平衡 密切控制。以操縱信號通路調(diào)節(jié)M1/M2 巨噬細胞的表達來控制

7、疾病是可行的。2 穩(wěn)態(tài)下的AMs穩(wěn)態(tài)下的AMs在面對組織碎片、無害刺激時整體處于免疫耐受狀態(tài)，以減輕不必要的肺組織損傷。AMs 一方面可以通過分泌抗炎因子如轉化生長因子B、一氧化氮、IL-10和前列腺素等，趨向于抑制對吸入抗 原的免疫應答17;另一方面，AMs表達一組抑制性表面受體，如轉 化生長因子B受體、信號調(diào)節(jié)蛋白a及其配體表面活性蛋白A和D、IL-10受體、CD200受體，組成性地減少 AMs活化，以維持肺部穩(wěn)態(tài)但1920】o穩(wěn)態(tài)下AMs另一個重要的功能是吞噬和分解代謝肺表面活性劑。肺 表面活性劑是脂質(zhì)（90%）和蛋白質(zhì)（10%）的復雜混合物，由n型肺泡上 皮細胞合成、分泌和再循環(huán)，具有

8、促進最佳氣體交換、防止呼吸不全 或肺泡萎陷的功能。AMs介導很大一部分的表面活性物質(zhì)脂質(zhì)代謝，當AMs減少或吞噬功能發(fā)生障礙時，會導致肺泡蛋白沉積癥和呼吸 衰竭21 o其中，粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子受體-過氧化物酶增殖物激活受體丫軸是 AMs對表面活性劑分解代謝的關鍵分子途徑22 o3 肺部感染中的 AMs3.1 免疫應答初期肺泡腔中的 AMs固著于肺泡上皮細胞，并且對肺泡液體流中輸送的 微生物進行監(jiān)測。AMs通過識別、吞噬、消化、抗原遞呈等對病原微生物進行有效免疫應答。AMs利用其模式識別受體來識別病原體相關 分子模式和危險相關分子模式，如果微生物表面被抗體或補體C3b片段所包被，巨噬細

9、胞還可通過表面的Fc受體或C3b受體與上述分子分別結合，激活防御途徑 23。一旦識別，巨噬細胞會引發(fā)促炎細胞因 子的產(chǎn)生，如腫瘤壞死因子a、IL-6、IL-12和IL-1 B，釋放趨化因子IL-8，誘導鄰近的巨噬細胞向感染部位聚集，以及從血液中招募中性 粒細胞、單核細胞和其他效應細胞24。隨后，巨噬細胞對病原微生物進行吞噬，這是由精細調(diào)控的細胞骨架蛋白重塑來驅動實現(xiàn)的。肌動 蛋白骨架的重排促使巨噬細胞游向并附著于吞噬物，細胞局部凹陷, 形成富含F(xiàn)-actin的膜結構（如絲狀偽足、板狀偽足和吞噬杯等），包繞 病原體并吞入細胞內(nèi)25,26。肌動蛋白細胞骨架作為維持細胞形態(tài)的主要組成部分在巨噬細胞吞

10、噬過程中扮演著重要角色。巨噬細胞對吞噬 體內(nèi)的病原體通過形成酸性環(huán)境、與溶酶體形成吞噬溶酶體、生成多 種毒性物質(zhì)等多種手段進行酸化、消化，發(fā)揮殺菌作用27。病原體的消化產(chǎn)物通過胞吐作用被清除至細胞外，而具有免疫原性的肽類物質(zhì) 則與MHC U類分子結合形成肽 -MHC U復合物，表達于細胞表面，向 T細胞遷移并提呈給不同的T細胞亞群28，啟動特異性免疫應答。3.2 免疫應答后期3.2.1控制組織損傷炎癥反應在消滅病原體的同時，也會造成組織的損傷，AMs需要及時控制炎癥反應以避免組織損傷。在免疫應答后期，活化的免疫細胞通過線粒體凋亡通路和受體介導的凋亡通路發(fā)生凋亡，表達發(fā)現(xiàn)我、吃我信號，巨噬細胞的

11、一些受體（如磷脂酰絲氨酸受體、清道夫受體）與凋亡細胞表面這些信號分子結合，介導吞噬29 o AMs對凋亡細胞的吞噬減少了炎癥期招募來的細胞，防止垂死細胞釋放促炎和有毒物 質(zhì)進入環(huán)境，釋放了抗炎和修復因子，并抑制了促炎性細胞因子、趨 化因子和白三烯 C4等的分泌30,31。AMs還可通過與肺泡上皮細胞的 相互作用來調(diào)節(jié)免疫，如分泌細胞因子信號傳導抑制劑來抑制肺泡上 皮細胞STAT的激活、通過二者之間的間隙連接和鈣波的傳播來抑制 免疫等32,33 o此外，AMs還能通過促進調(diào)節(jié)性 T細胞反應來抑制炎 癥34。AMs通過上述幾種機制調(diào)控免疫反應以控制炎癥、減少組織 損傷。3.2.2 病原體持續(xù)存在然

12、而，控制組織損傷可能會利于病原體的持續(xù)存在。在軍團病、結核病、胞內(nèi)寄生蟲、金黃色葡萄球菌感染中均發(fā)現(xiàn)病原菌在AMs中持續(xù)存在和復制35。 Roquilly 等36最近的一項研究也表明，在嚴重感 染消退后肺部樹突狀細胞和巨噬細胞獲得免疫耐受，導致持續(xù)免疫抑 制和易受繼發(fā)感染。導致病原體持續(xù)存在的因素是多樣的。其中，AMs的免疫抑制可能是導致免疫逃避的關鍵37。例如，在控制組織損傷的介質(zhì)中，具有抗炎 作用的前列腺素E2可以通過增加細胞環(huán)腺苷一磷酸來抑制自然殺傷細胞活性、下調(diào)樹突狀細胞上的MHC U類表達以降低抗原呈遞、抑制NADPH氧化酶以抑制對細菌的殺傷。另外，AMs對凋亡細胞的攝取也會抑制它們

13、吞噬和殺死細菌的能力羽。還有，AMs的極化也是病原體持續(xù)存在的重要因素之一39 o與M1巨噬細胞的葡萄糖依賴性代謝相比，M2巨噬細胞的抗微生物活性降低、氧化代謝增加，可導 致宿主中病原體持久存在；M2巨噬細胞還表現(xiàn)出對病原體有益的鐵代謝】。這些因素使病原體能長期存在于體內(nèi)，因此，組織幵始修復 的時機對結果至關重要，過早解決炎癥反應可能會延長微生物感染。4 存在的一些問題雖然目前對于 AMs的研究取得了一些進展，但仍然存在不少問題。AMs部分是否比如：（1）實驗方法中常規(guī)使用的肺泡灌洗液中獲得的代表肺中的整個 AMs群體？以支氣管肺泡灌洗獲取AMs，雖然不存在使用酶、誘導劑等導致表型和功能改變，

14、然而，支氣管肺泡灌洗僅能獲得小鼠氣道腔中總AMs的約10%，還有一些AMs與上皮緊密結合，未被灌洗獲取。有研究33表明，這些固著巨噬細胞明顯不同于支氣管肺泡灌洗可以獲取的巨噬細胞。（2）在清潔條件下飼養(yǎng)的實驗小鼠中的觀察結果是否也適用于從早期生活中就暴露于反復感染和炎癥的 人類？ （3）不同年齡、不同狀態(tài) （穩(wěn)態(tài)、肺部感染、感染恢復后）的AMs組成有何種變化？這些變化是否會導致其他相關的肺部疾病，如繼發(fā) 肺炎、肺纖維化、腫瘤等？（4）對于體內(nèi) AMs的表型和功能、組成的動態(tài)變化等仍需要借助于新的技術手段，在群體和單細胞水平上同時 進行大量的研究和比較。5 結論和展望AMs因其不同來源和潛在的可塑性，能夠對周圍