巨噬细胞极化与过敏性哮喘
2017/12/29
屈朔瑶 吴昌归
空军军医大学西京医院呼吸内科 710032
近年来过敏性哮喘发病率与日俱增[1]。巨噬细胞极化在哮喘发病过程中扮演重要角色。巨噬细胞暴露于局部微生物环境时，向M1或M2型分化，研究发现极化与哮喘发生发展密切相关。体内细胞因子、趋化因子、细胞转录因子及免疫调控细胞均会影响巨噬细胞极化。研究表明环境对细胞表观遗传学的影响是调控巨噬细胞极化重要因素。因此，调控巨噬细胞表观遗传学有望成为治疗过敏性哮喘的新策略。巨噬细胞是肺组织中最常见的免疫细胞（约占70%），其在外界抗原诱发的气道炎症中发挥重要作用[2，3]。巨噬细胞起源于单核细胞，亦可由外周组织中的肥大细胞转化而来。巨噬细胞分M1型和M2型：M1型经IFN-γ和LPS刺激后胞内清除病原和诱发炎症的基因上调，进而清除胞内病原体。M2型经IL-4，IL-13刺激后上调胞内创伤修复基因，进而清除凋亡细胞和坏死组织，减轻局部炎症反应[4]。哮喘患者体内M2型细胞增多，因此研究巨噬细胞极化的分子机制对于深入了解哮喘等过敏性疾病的发病机制很有帮助。大量文献已报道巨噬细胞极化与多种细胞因子、趋化因子及转录因子相关。本篇主要讨论miRNA，DNA甲基化及组蛋白修饰通过调控巨噬细胞信号转导分子表达对于其极化的影响。空军军医大学西京医院呼吸内科 710032
巨噬细胞起源
体内固有免疫主要由皮肤防御系统，酶类，吞噬系统以及微生物菌群构成。巨噬细胞是吞噬系统中主要细胞类型。1893年，Elie首次发现并报道了具有吞食微生物能力的细胞；1924年Aschoff等通过研究认为巨噬细胞属内皮网状系统。直到1968年，研究人员才发现巨噬细胞起源于外周血中的单核细胞[5]。
肺巨噬细胞
肺脏中巨噬细胞可分为2大类：肺泡巨噬细胞和间质巨噬细胞；肺泡巨噬细胞定居于肺泡内，一般位于肺泡上皮细胞表面，直接与外界环境微生物接触。当肺泡巨噬细胞受损时，外周血单核细胞会迅速募集到局部组织并产生新的肺泡巨噬细胞作为替补。过敏性哮喘中肺泡巨噬细胞接触抗原后，肺组织快速募集的单核细胞进一步分化为肺泡巨噬细胞，加剧局部组织急性炎症反应；单核细胞起源的肺泡巨噬细胞识别危险信号后促进炎症反应，随后组织定植肺泡巨噬细胞扩增，恢复组织稳态[6]。研究人员利用细胞谱系追踪法发现部分巨噬细胞起源于肺间质；这表明巨噬细胞在肺纤维化中发挥部分作用，这可作为纤维化治疗的新靶点。间质巨噬细胞定植于肺间质中，目前研究相对较少，仅发现其同样由不同亚群构成，可能发挥维持免疫稳态，诱导免疫耐受的功能。
肺巨噬细胞极化与哮喘
巨噬细胞极化是指接触不同的微环境信号后细胞表现出不同的功能表型。抗原刺激肺上皮细胞和固有免疫细胞后产生应答，既可为局部组织募集血液中单核细胞又可促使初始巨噬细胞向不同亚群分化。
M1型巨噬细胞与哮喘
LPS，IFN-γ以及GM-CSF均可诱导M1型巨噬细胞（简称M1）[7]。M1高表达CD80，CD86，MHC-II，TLR4及iNOS，产生大量促Th1细胞因子（IL-6，IL-12，IL-10β，TNF-α）及趋化因子CCL2，CCL5。在非过敏性哮喘模型中，M1占据主要表型，诱导体内Th1及Th17分化；而在过敏性哮喘模型中，M2占据主要表型，诱导体内Th2细胞大量分化。此外，重症哮喘患者大多以M1为主，M1与激素抵抗有密切关系。
M2型巨噬细胞与哮喘
IL-4，IL-13和IL-10诱导M2型巨噬细胞极化（简称M2）[8]；M2进一步分为M2a，M2b，M2c次亚群；各亚群表面无统一标记，一般来说M2高表达MRC1，CD163，Arg-1，低表达iNOS，MHC-II和CD86。M2分泌大量IL-13和趋化因子CCL-17，18，22，24等，上述分子均可促进Th2分化并募集嗜酸性粒细胞。M2在哮喘患者体内占主导地位，2型固有淋巴细胞，调节性T细胞，间充质干细胞均可诱导M2极化。新近研究发现哮喘患者肺泡灌洗液中M2高表达MHC-II和MRC1，这表明M2与哮喘同样有密切关系，干预M2也可作为哮喘治疗的靶点。
巨噬细胞极化的调控
调控巨噬细胞极化的过程极为复杂。细胞微环境中多种刺激因子通过作用于细胞表面受体引发不同的细胞转导信号，进而影响其极化。
M1极化
LPS/TLR4是调控M1极化的主要分子通路[9]。LPS/TLR4通路活化NF-κB、IRF3进而促进前炎性细胞因子大量产生，通过MyD88非依赖途经活化STAT1最终诱导M1极化。IRF5促进M1极化。
M2极化
IL-4，IL-13通过STAT6通路诱导M2极化[10]。IRF4，PPAR-γ，KLF-4同样可以刺激M2表型产生。MRC-1通过介导抗原致敏促进M2极化。体内如缺乏Btk激酶，则M2极化加剧；G蛋白偶联受体通过诱导产生i-NOS及SOC3等下调IL-10，抑制体内M2极化。
利用表观遗传学调控巨噬细胞极化
局部环境信号通过表观遗传学影响巨噬细胞极化与活化，进而影响疾病进程。该过程主要通过以下三大机制：miRNA，DNA甲基化以及组蛋白修饰。
MiRNA
MicroRNA (miRNA) 是一类由内源基因编码的长度约为22 个核苷酸的非编码单链RNA分子，它们参与转录后基因表达调控。MiRNA在哮喘中参与吞噬活化，Th2分化以及气道炎症。MiRNA调控巨噬细胞极化过程十分保守，其通过调控不同转录因子从而发维持M1/M2平衡[11]。MiR-155促进M1极化抑制M2极化；MiR146促进M2极化并抑制促炎细胞因子产生。过表达Let-7c促进M2极化抑制M1极化；miR-21介导M2极化抑制M1炎症表型；MiR-55-3p作为MiR-511的活化链具有促进M2极化作用，过表达MiR-511可抑制体内M1极化；
DNA甲基化
DNA甲基化是最早发现的修饰途径之一，能引起染色质结构、DNA构象、稳定性及DNA及与蛋白质相互作用方式的改变，从而调控基因表达。DNA甲基化在哮喘中调控IL-4、IFN-γ等表达。研究发现哮喘人群与正常人群相比，其有不同的甲基化区域如：IL13，RUNX3，TIGHT等[12]。DNMT1中3a，b在M1和M2中表达不同；敲除DNMT3b后促进M2极化；此外，通过调控部分哮喘相关基因的甲基化启动子（galectin-3,BMP-2）可影响哮喘表型。综上，甲基化可作为哮喘治疗新靶点。
组蛋白修饰
组蛋白修饰是指组蛋白在相关酶作用下发生甲基化、乙酰化、磷酸化、腺苷酸化、泛素化、ADP核糖基化等修饰的过程。不同的组蛋白修饰激酶可控制巨噬细胞活化以及M1/M2极化。H3K27经甲基化修饰后促进M2标志性基因表达；Jmjd3促进M2极化；促炎基因经组蛋白甲基化后诱导M1/M2极化；此外组蛋白乙酰化/去乙酰化的平衡状态同样影响极化： HDAC3通过依赖STAT-1途径诱导M1极化；敲除HDAC3后巨噬细胞向转向M2极化[13]；
小结：
1.尽管过去数年对巨噬细胞的起源，标记及生理学功能做了大量研究，但仍存在许多学术空白；
2.所谓的M1/M2极化大多是通过体外研究而来，体内巨噬细胞状态可能更加复杂；
3.目前将调控巨噬细胞表型及信号通路作为新的研究治疗靶点；
4.调控巨噬细胞极化将会是治疗包括哮喘在内的过敏性疾病的持续热点。
参考文献：
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