2021版：巨噬细胞极化在结核病中的作用研究进展(全文).docx

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1、2021版：巨噬细胞极化在结核病中的作用研究进展（全文）结核病是由结核分枝杆菌（的coSac亡/力加tuberculosis , MTB）感 染引起的一种慢性传染性疾病，截止到目前仍然是严重威胁人类健康的 主要传染性疾病。根据世界卫生组织2018年结核病报告，估算2017年 全球新发结核病例1 000万，死亡病例106万，是全球十大 死亡原因之在单一传染病居首位，结核病的防治仍面临巨大的挑战。巨噬细 胞作为机体的一种免疫细胞，在机体天然免疫和获得性免疫中发挥巨大 作用，是抵御病原体入侵机体的第一道防线，可在众多感染性疾病中 维持机体稳态和抵抗感染，其中包含结核病。随着细胞与分子生物学的 不断发

2、展，人们逐渐认识到巨噬细胞是一种具有高度可塑性的复杂群体 （3）,可通过模式识别受体（Pattern-recognition receptor, PRR）在先天性免 疫系统参与的免疫应答中发挥多种作用。巨噬细胞的功能具有双重性, 在宿主保护与组织损伤之间保持良好的平衡。巨噬细胞吞噬、清除和分 泌有助于先天性和适应性的抗感染防御。巨噬细胞作为抵抗MTB主要的宿主细胞，在抗结核感染中发挥舂至 关重要的作用。MTB感染巨噬细胞时，成熟的巨噬细胞在不同因素诱导 下分化成不同表型的亚细胞型，其分布、表型特征 功能、表达的表面 因子、 分泌的细胞因子均不同，最终导致的感染结局不同。巨噬细胞可 以吞噬和杀伤

3、MTB,也可作为抗原提呈细胞启动获得性免疫应答；最为 重要的是其作为结核性肉芽肿（MTB与免疫细胞相互作用的最直接部位） 的主要细胞群参与MTB的转归。因此，更好地了解MTB感染过程中巨 噬细胞的极化，有助于我们深入了解MTB致病的机制。本文就巨噬 细胞极化在结核病中的作用研究进展进行综述。1巨噬细胞极化巨噬细胞经过不同的诱导因素刺激可分化为不同表型，并发挥不同 功能，这一现象称作巨噬细胞极化。巨噬细胞极化同MTB感染进程及结 核发病密切相关。活化巨噬细胞的功能依赖于包括PRRs在内的多种 信号通路的调控，导致巨噬细胞极化方向不同(6)。在不同的刺激下，活 化的巨噬细胞可能分化成经典激活巨噬细

4、胞(M1型)和选择性激活巨噬 细胞(M2型)两个表型。经典激活途径受抗原特异性T细胞分泌的干扰素”以及细菌表面脂多 糖(LPS)所诱导，产生的巨噬细胞称为M1型巨噬细胞,以分泌较 高水平 促炎细胞因子白细胞介素(1)-12，及少量IL-10为特点,流式 细胞术可检 测到其表面分子CD86的特征性表达。M1型巨噬细胞在 早期MTB感染 的抵抗中发挥重要作用，能限制MTB的生长繁殖，是宿主控制MTB感 染播散的重要防御屏障。M2型可根据诱导极化的因子不同，进一步分 为M2a、M2b和M2c三亚型。M2型巨噬细 胞的激活更主要受Th2细 胞分泌的IL-4、IL-13等细胞因子调控，分 泌抗炎性因子，

5、如IL-10及转 化生长因子(TGF)-p及可溶性IL-1受体拮抗剂等，可下调免疫应答 抑 制炎性反应及促进组织修复和重塑等10,常见的M2型表面标志有CD163、CD206、半乳糖型受体及趋化因子CC家族(CCLI7和CCLI8)等】。最近的研究发现，极化巨噬细胞具有明显的代谢表型，这些表型 决定了巨噬细胞的活化状态。M1型巨噬细胞有氧糖酵解增加，M2型巨 噬细胞脂肪酸氧化增加口 2】。部 分研究表明，已经分化的巨噬细胞的 表型可发生互相转换。在MTB感染从急性向慢性转变的过程中，促炎细 胞因子和抗炎细胞因子之间被认为存在一个转换的开关。二者之间的 平衡作为一种保护机制可以起到阻止过度炎症反

6、应的作用【。由此推测，在M1型和M2型巨噬细胞中也可存在舂类似的“开关”的 现象，巨噬细胞极化在控制MTB感染的过程中，M1型和M2型巨噬细 胞可存在一个动态转换机制，促进MTB感染从急性向慢性的转 变过程； 二者之间的动态平衡可作为一种保护机制起到阻止过度炎症反应的作用O 类似巨噬细胞极化的“开关动态转换机制，有利于保护机体在MTB感 染的抵抗中发挥重要作用。2巨噬细胞极化与MTB感染巨噬细胞是MTB入侵机体后寄生的主要场所，也是抵抗其感染的免 疫细胞之一，是机体获得特异性抗结核免疫的第一步。不同类型巨噬细 胞在MTB感染过程中作用不尽相同。M1型能限制MTB的生长；M2型 则抑制炎症反应，

7、介导病原体免疫逃逸，在某种程度上被认为导致了 MTB的播散。持续感染MTB后可导致M1/M2的混合表达口小如何保持 M1和M2型之间的功能平衡，可作为了解MTB感染发病 机制新的研究 对象。加强M2向方式转变的研究也许能成为治疗 结核病的新思路。目 前参与巨噬细胞极化的信号通路已被证实的有JAK、STAT信号通路JNK 信号通路，P13K、AKT信号通路及Notch信号通路等。促进M1型巨噬 细胞反应的重要调节因子是核因子-KB(NF-kB)、IFN调节因子(IRF)-5转 录因子(AP) 1、信号转导和转录激活因子(STAT)-1 ; M2型巨噬细胞反 应的关键调节因子是STAT6、 IRF

8、4、组蛋白去甲基化酶(JMJD3)和过氧 化物酶体增殖剂激活受体(PPAR)-Yo巨噬细胞在不同情况下表型可出现 变化，但控制M1/M2极化的分子机制仍未明口日。2.1 M1型极化通路与MTB感染近年来，有诸多研究显示，通过诱导巨噬细胞的极化方向可调节MTB 的生长。在病原体感染及出现肿瘤时，脂多糖等通过Toll样受体仃LR)- 4或IL-1信号激活下游复合物后通过STAT-I和NF- kB信号 通路调节巨 噬细胞向M1型极化【(6)。橙皮苜衍生物-12(HDND-12)通过调节 JAK2/STAT3通路，至少在一定程度上阻止向M1型巨噬细胞 极化【 4-甲氧基龙胆素(4-ML)可以通过抑制L

9、PS与TLR-4结合，抑制M1型巨 噬细胞极化【。Chen等研究发现，Wnt信号通过诱导M2型巨噬 细胞分化及下调促炎细胞因子的表达在MTB感染中发 挥免疫调节作用。 Wnt5a的低表达同感染MTB小鼠的肺组织细菌载 量及小鼠骨髓来源巨 噬细胞(BMDM)呈剂量和时间依赖性。通过动物感染模型发现当Wnt5a 表达匮乏时，小鼠肺组织或鼠骨髓来源巨噬细胞的促炎细胞因子(TNF- cc.IL-1pxlL-12.IL-6)含量明显减少，感染MTB的巨噬细胞发生凋亡。在 活动性结核患者和健康人群体内，CCL5在M1型巨噬细胞中的表达远 高于M2型巨噬细胞，这与CCL5是活化NF-KB的靶基因有关，但也提

10、示 CCL5在两种巨噬细胞亚型中 的作用不同【佝。MTB肝素结合血凝黏附 素(HBHA)和早期分泌性靶抗原(ESAT-6)能够调控巨噬细胞功能的活化 状态，影响MTB感染进程和结局。HBHA处理BMDM细胞后培养上清 液中IL-6 JL-12sTNF-a表达量明显增加，诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和 TNF-oS因表达升高。处理后的Raw264.7细胞中IL-6分泌量增多，TNF- cx表达上调，THP-1细胞中C-X-C趋化因子(CXCL)-10基因表达水平升 高，与ESAT-6对巨噬细胞的作用结果一致。HBHA和ESAT-6处理BMDM 细胞不能增加M2极化分子标志精氨酸酶(Arg-1)

11、蛋白的表达，但都能 诱导BMDM细胞和Raw264.7细胞iNOS生成增加。与野生株感 染组相 比,MTB H37Rv-ARvO475菌株感染Raw264.7细胞后,iNOS蛋白表达水平 降低。这都证明了 HBHA和ESAT-6具有促进巨噬细胞M1极化的作用20 o此外，还有研究认为内质网应激反应也可显著增强M1型巨噬 细胞的极化，有效清除胞内MTB ,表明内质网很可能是 宿主M1型巨噬 细胞抵抗MTB免疫应答中一个重要的组成部分0】。2.2 M2型极化通路与MTB感染在对关于M2型极化通路与MTB感染的研究过程中_L opes等血】发 现，在MTB中，重组结核杆菌Dnak(Hsp70)可以通

12、过IL-10调节 小鼠树 突细胞中促炎细胞因子的产生，Dnak胞外转运依赖的M2型巨噬细胞极 化不仅依赖IL-10 ,还依赖IL-10R信号通路，提示巨噬细 胞存在自分泌 反馈回路。突出了巨噬细胞表型极化的整体复杂性，巨 噬细胞表型极化 可能更多的取决于细胞所处的微环境，而不是其他因素。IRAK-M是白细 胞介素-1受体相关激酶(IRAK)家族的一员，作为TLR信号通路的负调控 因子，在单核细胞和巨噬细胞中特异性表达。感染MTB的巨噬细胞和人 肺组织中IRAK-M水平升高。IRAK-M在MTB感染过程中主要影响缺氧诱导因子(HIF)-1和丝裂原活化蛋白激 酶 (MAPK)信号的级联反应。在MT

13、B感染过程中，IRAK-M可改变巨噬细胞 极性，促进MTB胞内生存，影响宿主Th1型免疫,IRAK-M敲除诱导M1 型，抑制巨噬细胞M2型极化2儿MTB-特异性多肽E7可诱导单核-巨 噬细胞向M2型分化，其作用机制与PPAR-丫涉及的非 受体酪氨酸激酶 信号转导子和转录激活子信号通路相关【24】oRv1737c MTB休眠生存调节剂(DosR)的潜伏相关抗原在MTB感染中诱导免疫抑制。M2型巨噬细胞还可通过糖酵解和ERK通路交互式 调控 代谢【25】o Gao等“I研究证明了激活M2型巨噬细胞在MTB感染中诱 导Th2型-相关免疫应答发病机制的作用，表明IL-10和M2型巨噬细胞 在DosR诱

14、导的免疫调节中的作用，提示Rv1737c是MTB的致病抗原, 可能是潜伏感染复发的关键。以上诸多研究表明，在巨噬细胞极化与MTB感染过程中,通过对M1 型及M2型多种信号通路的研究与干预，对不同类型巨噬细胞的极化方 向进行诱导，能对MTB生长进行调节。具体研究方向可分别从天然免疫 及保持M1和M2型细胞之间功能的平衡着手，将其作为了解MTB感染 发病机制新的研究对象，也许能成为治疗结核病的一种新思路。3巨噬细胞极化与结核性肉芽肿形成结核性肉芽肿的形成被认为是多种免疫细胞在数天至数周内对持续 存在或降解不良的抗原产生免疫应答的结果。巨噬细胞和T细胞的相互 作用是天然免疫和适应性免疫之间联系的关键

15、。单核-巨噬细胞的活化 和募集受Th1和Th2细胞的调控，可分别促进细胞和纤维化的进程。肉芽肿形成后，T细胞活化下调可能导致M1向M2转移27,或由Th1向Th2为主的表型转变。巨噬细胞极化状态在调控结核性肉芽肿的形成和发展中发挥着重要 作用，Huang等为研究结核性肉芽肿形成过程中巨噬细胞极化序歹ij, 在肺结核患者肺组织中发现，坏死和非坏死肉芽肿中均有巨噬细胞表达 CD206 ,而iNOS表达水平较低；表明M2巨噬细胞在活动性肺结核患者 肉芽肿组织中为主要活化形式。而在肺结核患者的非肉芽肿性肺组织中, iNOS和CD206均有高表达，表明肺结核患者肺组织 中M1和M2型巨 噬细胞共存。不同

16、极化状态下巨噬细胞肉芽肿结构形成的速度相似。M1 型巨噬细胞诱导IFNY+ LPS促进肉芽肿形成，表现为肉芽肿组织结构及 数量的增加和巨噬细胞体积的增加；而可能 由IL-10介导的M2型巨噬 细胞，其诱导IL-4显著抑制结核性肉芽肿的形成。Marino等建立计算 模型复制了许多灵长类动物(NHP)坏死与非坏死的肉芽肿模型，可见M1 样巨噬细胞靠近核心，M2样巨噬细胞位于肉芽肿外区的空间构象，其空 间组织是肉芽肿形成过程中宿主-病原体相互作用产生的，并不直接影 响肉芽肿结局。经典M1型肺 泡巨噬细胞作为首先结合吸入MTB的细 胞，在吞噬体与相应的分泌ESAT-6的作用下，MTB扩散到附近的血管,

17、 导致外周单核细胞分化成M1型巨噬细胞。局部炎性环境与凋亡的巨噬 细胞二者共同作用趋化天然与适应性免疫细胞，创建一个影响肉芽肿发 生与转归的微坏境。ESAT-6驱动宿主巨噬细胞分化和活化，在感染后期 诱导肉芽肿形成 并破坏免疫应答。MTB分泌ESAT-6以促进肉芽肿的存 活，而ESAT-6可调节巨噬细胞炎性M1表型和诱发M1型巨噬细胞免疫 调节M2表 型。MTB在体内存活并缓慢扩散，M2型巨噬细胞和微环境 有利于具有Th2和Treg免疫反应特征的结核性肉芽肿的形成，即ESAT- 6驱 动非极化M0巨噬细胞和抗炎M2巨噬细胞向促炎M1表型分化，进 而诱导全活性巨噬细胞从M1向M2表型转换28。以

18、上研究表明，巨噬细胞极化状态在调控结核性肉芽肿的形成和发 展中发挥着无可替代的作用，巨噬细胞分化途径的不同是导致部分肉芽 肿可以抑制MTB的传播，而另一部分则促进病原体传播的原因。在结核 性肉芽肿中，不同类型的巨噬细胞存在着空间分布的特征：M1型靠近肉 芽肿中心坏死区域而M2型靠近外周部分。越来越多的研究表明 5,27,28,巨噬细胞极化同结核性肉芽肿形成和发展过程有着极强的相 关性，巨噬细胞极化类型的不同和功能的改变很有可能是导致结核性肉 芽肿结局不同的原因之一，并且在调控结核性肉芽肿发生发展过程中发 挥着关键作用。4巨噬细胞极化与结核病巨噬细胞的极化方式显著影响抗结核感染免疫的结局已被证实

19、。在MTB感染机体的过程中，巨噬细胞极化介导的免疫应答对感染过程的 表现和转归起着重要的作用。越来越多的研究证明，巨噬细胞的极化 可能成为治疗结核病的一种新方法。4.1 巨噬细胞极化中趋化因子与结核病对于活动性结核患者单核细胞来源的巨噬细胞(MDM)趋化因子C-C基序配体5(C-Cmotifligand5,CCL5)29的表达水平,刘艳华 等I研究提示，活动性结核患者MDM极化为M1型时，CCL5的升 高倍数高于健康人；活动性肺结核患者MDM极化M2型时，CCL5的升高倍数 与健康人相似，提示巨噬细胞CCL5参与结核病的感染免 疫。刘艳华等30发现健康者MDM从M0型向M2型极化过程中趋化 因

20、子受体- 4(CXCR4)(3)的表达显著升高，提示CXCR4与泛素结合可 能是M2型 MDM发挥抗炎症作用的重要机制，而结核患者M2型MDM中CXCR4 的表达显著低于健康者，提示结核患者M2型MDM中CXCR4泛素介导 的抗炎症作用受到损伤，这或许是结核患者持续的炎症反应造成组织 损伤的重要机制。4.2 巨噬细胞极化中细胞因子与结核病针对健康受试者和结核病患者体内的抗炎细胞因子IL-37水平的检 测研究,Huang等刑发现其在结核患者血清中表达降低，治疗后 又恢复，且血清中IL-37水平同IFN-Ys IL-12呈负相关，与IL-10、TGF叩呈正相关。而IL-10.TGBP作为M2型细胞

21、的特征性细胞因子 已成为共 识。因此认为IL-37可通过抑制促炎细胞因子的分泌以及诱 导巨噬细胞 向M2型分化在结核病发生、发展的过程中发挥病理作用，增强巨噬细 胞向M2型的分化，防止M1型诱导的I型免疫应答造成的急性炎症损伤。Pineros等【使用了两种不同的方案，分别在MTB感染前后进行致敏和过敏原激发,只有在过敏源暴露后而不是在感染前，对MTB的耐药性才会增加。暴露于变应原的受感染小鼠表现出较低的细菌负荷和肺部细胞浸润。变应原刺激后对感染的抵抗力增强与交替极化巨噬细胞(M2型巨噬细胞)和IL-33水平的基因表达增加 有关。因此与IL-37 同属IL-1家族的IL-33也同M2型巨噬细胞的

22、极化存在一定关联，全 身IL-33治疗可有效减轻MTB感染，并且有可能作为重症结核病的替 代治疗。4.3 巨噬细胞极化免疫补体调节蛋白抑制物与结核病免疫补体调节蛋白C1抑制物(C1INH)是一个急性时相蛋白，是一种 蛋白酶抑制物，在患者致命感染性休克时，C1INH水平趋于正常，但灭 活的C1INH则增加，尤其感染性炎症区C1INH水平可增加2.5倍。吴世 舜等【以研究发现，C1INH抑制单核细胞在巨噬细胞集落刺激因子(M- CSF)源性M1型的CD14xCD163和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM- CSF)源性M2型的CD206表型；C1INH减少M1的肿瘤坏死因子仃NF- a)和IL-6

23、表达，而增加M2型的15脂氧合酶(AL0X15)和IL-10表达。 C1INH t卬制M1型的iNOS mRNA,而提 高M2的精氨酸酶1 (Argl)mRNA 表达。C1INH增强极化巨噬细胞杀 菌活性和对菌吞噬功能即促进M1型 的杀菌活性和M2型对菌的吞噬 功能。因此C1INH调节巨噬细胞极化, 可能成为一种潜在的治疗炎症反应的新药物。4.4 巨噬细胞极化中PD-1/PD-L1与结核病在人类结核病中PD-1/PD-L1通路使MTB抑制T细胞免疫应答，PD-1/PD-L1信号通路的阻断可能对MTB等慢性感染患者有益Ml。Barber等幻证实，诱导PD-1表达是必要的，以抑制活动性感染期间导致

24、组织 损伤的免疫应答加剧。这一途径在MTB感染过程中对CD8十T淋巴细 胞功能调控的作用尚未得到深入研究。在此背景下，Suarez等136研 究显示，CD8 + T淋巴细胞通过诱导受感染的巨噬细胞凋亡有助于MTB 感染的控制。CD4 + T淋巴细胞和CD8 + T淋巴细胞上的PD-1在结核性 胸膜炎患者的胸腔积液标本感染部位均有高表达。M1型巨噬细胞更容易 被抗原特异性CD8+ T淋巴细胞杀伤，而M1型靶 细胞上PD-L1的高表 达抵消了 CD8十T淋巴细胞的活化，抑制了细胞 毒性因子对巨噬细胞 的杀伤。证明PD-1和PD-L1在人类结核病感染部位高表达，证实MTB 感染与PD-1/PD-L1

25、表达增加和巨噬细胞的 选择性活化有关，PD-1/PD- L1通路在体外调节过程中存在对M1靶 点抗原特异性的细胞毒性作用。在关于结核性胸膜炎患者中PD-1调控的T细胞免疫应答研究中，Li 等37从结核性胸膜炎患者中选择胸膜液单核细胞(PFMCs)和健康供体 中的胸膜液单核细胞(PBMCs),研究发现PFMCs中表达PD-1的CD4 + T和CD8 + T淋巴细胞数量增加,这些细胞优先显示极化效应记忆表型。 MTB特异性抗原刺激增加表达PD-1的CD4 + T和CD8十T淋巴细胞数 量，这与PFMCs中IFN-y的产生和PD-L1抗原提呈细胞 直接相关。阻 断PD-1/PD-L1通路可提高IFN

26、yT淋巴细胞的百分比，表明PD-1/PD-L1 通路对T淋巴细胞效应器功能起负性调节作用。此外，表达PD-1的CD4 + T和CD8 + T淋巴细胞亚群在产生Th1细胞因子方面表现出比PD-1更 大的记忆表型、激活和效应器功能。IL-12是一种重要的免疫调节细胞因 子，通过选择性诱导CD4-PD-1 T-bet和CD8-PD-1 T-bet细胞中STAT4 的磷酸化，增强了 PD-1的表达，恢复了强烈的IFNY反应。因此，这项 研究揭示了以前未知的由PD-1调节的T淋巴细胞免疫应答机制，可能对 TBP的潜在免疫干预有意义。结核病治疗的强化阶段与PD-1、PD-L1和PD-L2基因表达显著下降

27、有关。活动性结核病患者NK细胞、CD8十T和CD4 + T淋巴细胞 表面PD-1蛋白表达与对照组相似，但随着结核病治疗的成功，PD-1蛋白表达 下降，以NK细胞下降最多具次是CD8十T淋巴细胞和CD4十T淋巴细 胞。强化治疗成功后，颗粒酶B/PD-1共表达下降。活动性肺结核患者 PD-L1基因表达增高。然而,PD-1和PD-L2未观察到这种情况。Hassan 等国】通过对结核病治疗调控PD-1/PD-L1通路的研 究，提示PD-1轴有 望成为未来免疫调节治疗的靶点。研究表明，对重症结核病 活动性肺结核、 结核性胸膜炎患者及健康 受试者等进行临床研究的实验过程中，随着人们对巨噬细胞极化介导各 种

28、免疫应答的逐步深入探索，对于结核患者持续的炎症反应造成组织损 伤的重要机制 重症结核病的替代治疗、在MTB感染过程中巨噬细胞的 选择性活化及靶点抗原特异性的细胞毒性作用的作用机制，已经有了初 步的研究进展。一系列对于参与结核病发生、发展与转归的深入研究可 作为结核病治疗的新辅助手段,即成为治疗结核病的新途径，甚至有望 成为结核病的替代治疗的新方法。5结语综上所述，巨噬细胞极化在潜伏结核感染 结核性肉芽肿形成及其结 核病的发生 发展、预后及转归过程中起到了重要的作用，其中M1型巨 噬细胞在早期MTB感染的抵抗中发挥重要作用；M2型细胞 可下调免疫 应答、抑制炎性反应及促进组织修复和重塑等。在结核性肉芽肿形成和 发展过程中，巨噬细胞极化类型的不同和功能的改变可导致结核性肉芽 肿的结局不同。通过进一步对M1型及M2型多种信 号通路的研究与干 预，对不同类型巨噬细胞的极化方向进行诱导，可着手进行对MTB生长 调节的干预。而从天然免疫及保持M1和M2型之间细胞功能的平衡着手, 有助于我们从根本途径了解巨噬细胞亚型极化方向的机制，对于人们进 一步认识结核病的机制，以及宿主靶向干预开辟新的途径。迄今为止, 我们对结核病巨噬细胞极化的认识和了解还远远不够，今后，应侧重并 深入了解巨噬细胞极化与结核病二者之间的关系，有助于新型结核的免 疫制剂的研发，为结核病的预防和治疗奠定重要的理论基础。