巨噬细胞炎症极化在类风湿关节炎中的作用_赵磊.pdf

基金项目:国家自然科学基金资助项目(面上项目)(81973655);科技 部 国 家 重 点 研 发 计 划 中 医 药 现 代 化 研 究 重 点 专 项(2018YFC1705204);安徽省高校自然科学研究项目(KJ2020A0397)作者单位:230038合肥,安徽中医药大学研究生院(赵磊、朱子衡、李舒);230031合肥,安徽中医药大学第一附属医院(万磊、刘健、黄传兵)通信作者:万磊,博士,副主任医师,副教授,电子信箱:巨噬细胞炎症极化在类风湿关节炎中的作用赵磊万磊刘健黄传兵朱子衡李舒摘要巨噬细胞是一种功能性可塑性细胞,可通过产生不同种类的细胞因子、趋化因子和生长因子来调节免疫和炎性反应。在体内外不同细微环境因素的影响下,巨噬细胞还可以被诱导呈现不同的表型、功能,即 M1 型巨噬细胞和 M2 型巨噬细胞,这一过程被称为巨噬细胞炎症极化,M1/M2 型巨噬细胞炎症极化的不平衡在 RA 的发展中起着至关重要的作用。因此,通过有效合理的干预,使 M1/M2 型巨噬细胞恢复动态平衡,是 RA 防治的新治疗思路。关键词巨噬细胞炎症极化类风湿关节炎信号通路免疫炎症中图分类号R285.5文献标识码ADOI 10.11969/j.issn.1673-548X.2023.02.003类风湿关节炎(rheumatoid arthritis,RA)是一种进行性炎症性自身免疫疾病,如果不及时治疗,软骨和关节骨骼可遭到严重破坏,最终导致结构性关节损伤和进行性残疾1。RA 的主要特点之一是可同时累及多个关节、表现为关节对称性和四肢侵袭性的关节炎,严重者甚至可直接造成关节软骨不可逆转的破坏、畸形,降低患者的日常生活质量2,3。RA 的发病机制涉及多种细胞因子和细胞,这些细胞因子和细胞会引发滑膜细胞增殖并对软骨和骨骼造成损害4。在这些参与 RA 发展的炎性细胞中,巨噬细胞起着至关重要的作用,其能够极化形成不同的表型,介导免疫/炎性反应和修复的阶段5。巨噬细胞炎症极化的过程中能够通过分泌大量促炎性细胞因子,激活成纤维细胞和促炎性破骨细胞,加速机体的炎性反应,造成组织和关节的破坏。因此,对巨噬细胞的炎症极化进行更为深入的研究具有重大意义。一、巨噬细胞在炎症中的调控作用1.M1 型巨噬细胞来源及作用:巨噬细胞在感染性微生物和干扰素-等的刺激下极化为 M1 型巨噬细胞6。M1 型巨噬细胞在炎症的初始阶段起着非常重要的作用,具有能够分泌相应的促炎性细胞因子促进机体炎症的发生、吞噬的功能和消炎杀菌的功能,是免疫反应的重要防线,此外还在调节宿主炎症和组织稳态中发挥重要作用7,8。极化后的 M1 型巨噬细胞能够分泌包括 IL-1、TNF-、IL-23 及IL-12 等在内的多种促炎性细胞因子,以及单核细胞趋化蛋白-1、CCL-2、CCL-3、CCL-4、CXCL8、CXCL9、CXCL10、CXCL11 等在内的 Th1 型趋化因子,这些相应的促炎性细胞因子和趋化因子都能够直接参与机体的炎性反应,通过趋化性吸引机体 Th1 细胞,促进强烈的 Th1 细胞免疫反应的发生9,10。并且M1 型巨噬细胞能够通过增加巨噬细胞表面的 MHC和协同刺激因子 CD80 和 CD86 标记来增强在细胞内免疫反应中抗原递呈的能力,调节并进一步地促进Th1 细胞的免疫反应11。若 M1 型巨噬细胞促炎能力过强,会极大地增强其炎性反应并促进一些炎性反应性疾病的发生和进展,如果不能加以及时有效的干预,可能会极大地加重对组织的损害。2.M2 型巨噬细胞来源及作用:在 IL-4、IL-10、IL-13 等诱导刺激下,巨噬细胞可极化为 M2 型巨噬细胞,在炎症消退、组织改造、功能修复等方面都发挥着巨大的作用12。M2 型巨噬细胞表 面标志物为CD163 和 CD206。根据不同刺激因子的诱导,M2 型巨噬细胞可以分为 M2a、M2b、M2c 和 M2d 4 种亚型。M2a 型巨噬细胞主要由 IL-4 或 IL-13 极化,能参与 Th2 细胞的免疫反应,分泌大量 IL-10,从而杀灭细胞外病原体,参与过敏反应及组织重塑;M2b 型巨噬细胞由 TLR、IL-1 配体或免疫复合物激活,可分泌大量的 IL-4、IL-10,同时减少 IL-12 的产生,从而发挥抗炎作用;M2c 型巨噬细胞由 IL-10、糖皮质激素等激活,可高水平分泌 IL-10 和转化生长因子,促进 M1 型巨噬细胞的失活从而发挥抗炎作用;M2d11医学研究杂志 2023 年 2 月第 52 卷第 2 期特别关注型巨噬细胞由 TLR 和腺苷 A2A 受体激动剂共同诱导激活,研究表明,M2d 巨噬细胞可分泌血管内皮细胞生长因子-A、TGF-和 IL-1013。二、巨噬细胞极化相关炎症信号通路1.Notch 信号通路:Notch 信号通路在 RA 的发生、发展过程中起着重要的作用,Notch 信号通路有 4种不同的 Notch 受体(Notch 1 Notch 4),这些受体可以和 5 种已知的配体,即 Delta 样配体(Delta 1、Delta 3、Delta 4)和 Serrate 样配体(Jagged-1、Jagged-2)相结合14。当 Notch 受体和配体接触后,其细胞内片段(Notch intra cellular domain,NICD)在 -分泌蛋白酶的作用下,靠近 NICD 区域识别位点处的下游信号蛋白被 启动进行 裂 解 而 入 核,进 一 步 通 过RAM 结构域结合下游信号蛋白形成转录复合物,与转录因子 RBP-Jk 结合,从而影响靶基因 Hes1 表达,激活 Notch 信号通路,致巨噬细胞炎症极化向 M1型分化,刺激滑膜细胞加速 TNF-、IL-1 等促炎性细胞因子的产生,参与 RA 炎性反应和骨关节的破坏15,16。当 Notch 通路表达被抑制时,促炎性细胞因子的水平均明显降低,IL-4、IL-10 水平升高17。研究表明,胶原诱导性关节炎小鼠中,Notch 信号通路可通过抑制调节性 T(Treg)细胞群的数量,从而抑制IL-4、IL-10 及 TGF-等抗炎性细胞因子的分泌,并促进 TNF-的产生,从而促进关节炎症的发展。当 Notch1 通路抑制剂被使用后,Treg 细胞群数量显著增加,可以抑制炎症性关节炎的进展18。这些研究均能说明 Notch 信号通路的激活能够有效促进巨噬细胞向 M1 型的巨噬细胞方向极化19。2.NF-B 信号通路:NF-B 在细胞的增殖、转化和细胞凋亡的过程中通过其调控因子影响机体的正常免疫代谢应答和巨噬细胞炎性生物学反应,对于介导促炎性细胞因子的分泌至关重要,并且在通过复杂的机制调节炎性反应中也起着关键作用。eNF-B 家族由 5 种蛋白组成,分别是 p50、p52、p65、RelB蛋白和 c-Rel 蛋白。当细胞未受到刺激时,其不具有调节基因转入的能力,其活化依赖于抑制蛋白 IkB(immunome knowledge base)的泛素化,当细胞受到刺激时,蛋白激酶 IKK 被激活,导致 IkB 蛋白酶体降解,随即 NF-B 信号通路被激活,诱导相关促炎性细胞因子的表达和靶基因的转录。有研究表明,巨噬细胞可以通过 NF-B 信号通路显著促进多氯联苯介导的炎性反应,二噁英样多氯联苯(例如 PCB126)可以促进巨噬 细胞炎症,从而使单核 细 胞 极 化 为M1 样表型20。3.STATs 信号通路:STATs 信号通路是一个能调节巨噬细胞极化的重要转录因子,STATs 不同的活化阶段和状态能够产生不同的生物学应答21。研究发现,IFN-激活 STAT1 通路对 M1 型巨噬细胞的极化是必不可少的,IFN-可诱导 STAT1 磷酸化,使巨噬细胞向 M1 型极化22。IL-6 是 RA 中 主 要 的STAT3 激活因子,IL-6 介导的 STAT3 能诱导巨噬细胞极化为 M1 型巨噬细胞,诱导破骨细胞分化参与关节的破坏。相关研究结果表明,JAK2/STAT3 通路的激活在 BPF 促进巨噬细胞 M1 型极化中起积极作用23。IL-33 和 IL-9 共同刺激先天性淋巴细胞促进其增殖活化,分泌抗炎性细胞因子 IL-14 和 IL-4,激活 STAT6 信号通路,通过启动基因的转录从而促进巨噬细胞 M2 型极化24。有研究表明,当 SOCS1表达下调时,将激活 JAK1/STAT1 通路,从而促进巨噬细胞极化为 M1 型25。酸枣仁甙 D 抑制了 STAT1的激活,阻断了 STAT1 的核转位。反之,酸枣仁甙 D还可激活 STAT6,增强 STAT6 对 M2 型极化的核转位作用。酸枣仁甙 D 通过 STAT1/6 途径可使 M1 表型细胞重新极化为 M2 表型26。三、巨噬细胞与 RA1.RA 发病机制:由于 RA 的发病机制较为复杂,因此,探索和了解早期 RA 的发病机制有助于该病的精准诊断和治疗。临床研究结果表明遗传因素在 RA 发病机制过程中一直占据着重要的作用,RA的发病存在家族聚集倾向,HLA-DRB1、PTPN22、PDA4 等基因均与 RA 的发病有关;RA 的发病与多种微生物的感染也有着一定的关系,如牙龈组织、肠道黏膜中菌群的改变、EB 病毒、变形杆菌等都能够增加RA 的易感性;在外界的一些环境因素中,长时间潮湿、寒冷的居住环境或者是工作等因素可能会直接导致 RA 的发生或病情的急剧加重。另外,吸烟也可能增加 RA 患病的可能性和风险;我国女性在绝经前RA 的发生率约为同龄人群中男性的 3 倍,在一定程度上也说明人体性激素参与 RA 发病的过程;在人体免疫反应因素方面,T 淋巴细胞的免疫反应和 B 淋巴细胞产生自身抗体与 RA 密切相关27。2.巨噬细胞渗出参与 RA:巨噬细胞在类风湿滑膜炎中起着中心效应细胞的作用。巨噬细胞有助于对抗炎症的环境,能通过产生促炎性细胞因子和趋化因子促进免疫细胞归巢,产生血管生成因子,诱导氧化损伤。巨噬细胞与 CD4 T 细胞的相互串扰能够诱21特别关注J Med Res,February 2023,Vol.52 No.2导 RA 患者 Th1 和 Th17 的表达,激活成纤维细胞和滑膜细胞,并同时诱导破骨细胞的生成,促进 RA 关节的破坏。在 RA 中,滑膜及其浸润的巨噬细胞在RA 关节炎的形成、发展和持续中发挥着极其重要的作用,滑膜炎可刺激滑膜组织中的巨噬细胞产生血管生成因子,导致滑膜中异常血管形成。3.巨噬细胞极化参与 RA:巨噬细胞极化在 RA中起着至关重要的作用,包括 M1 型巨噬细胞释放促炎性细胞因子以加速 RA 症状,和 M2 型巨噬细胞释放抗炎性细胞因子以缓解 RA 症状。RA 的发病与M1/M2 型巨噬细胞的极化失衡密切相关。在 RA中,M1 型巨噬细胞可分泌多种促炎性细胞因子,促进血管新生,致使血管翳的形成,从而增强炎性反应,同时可促进破骨细胞的分泌,引起邻近软骨和骨的破坏28。M2 型巨噬细胞主要分泌 IL-10,在 RA 模型中,IL-10 主要作为一种免疫抑制剂改善 RA 的症状和体征。RA 患者表现出 M1/M2 比值增加,促进了破骨细胞的生成29。4.Notch 通 路 过 激 活 可 致 RA 炎 症 极 化 失 衡:Notch 信号通路参与 RA 炎症主要与巨噬细胞的极化相关,巨噬细胞在 RA 免疫炎性反应过程中起识别、效应作用。Notch 受体与配体结合后进入细胞核,与下游靶基因转录因子 CBF1/RBP-J 结合,诱导IL-6、IL-8、IL-1 炎性细胞浸润和骨破坏标志物基质金属蛋白酶的表达,导致 RA 炎性反应和骨关节的破坏。Notch-CBF1/RBP-J 通路能调节转录因子干扰素调节因子 8(interferon regulatory factor8,IRF8)促进炎症巨噬细胞极化,从而促进 RA 滑膜炎性反应。在 RA 患 者 滑 膜 细 胞、破 骨 细 胞 中 均 能 够 检 测 到Notch 受体、配体和靶基因,这进一步说明了在 RA中,Notch-CBF1/RBP-J 的异常激活可导致 RA 滑膜炎性反应和骨破坏30。四、巨噬细胞极化与 RA 治疗在 RA 的临床治疗措施中,传统药物联合治疗主要包括缓解疼痛、减轻症状的非甾体抗炎药及改善病情的抗风湿药物,这些药物均可有效控制体内的炎症,从而缓解病情。近年来,针对以 M1 型巨噬细胞为主要靶分子的新型药物无论是在动物模型还是临床试验阶段均处于广泛而深入的研究阶段。例如,橙皮苷类药物具有显著的抗炎活性,减轻了抗原诱导下的关节炎模型小鼠的关节炎,通过抑制 PI3K/Akt 信号通路降低了巨噬细胞 M1 型极化的反应程度31。水飞蓟宾能有效抑制 RA-FLS 和 CIA 大鼠模型炎性细胞因子的产生,通过抑制 NF-B 途径抑制炎性反应,水飞蓟宾还能诱 导 RAW264.7 细 胞 的 巨 噬 细 胞 M2 型 极化32。铁酸锰和氧化铈纳米颗粒锚定的介孔二氧化硅纳米颗粒在体外和体内均能在缺氧和炎症条件下成功地诱导巨噬细胞 M1 到 M2 型极化来减轻炎症。大鼠 RA 模型关节内注射 MFC-MSNs 可减轻关节缺氧、炎症和病理改变33。研究表明,一种核壳纳米复合材料能有效地聚集在病变部位,显著促进 M2 型巨噬细胞的转化,降低 M1 型巨噬细胞的募集,通过消除炎性反应有效治疗 RA。核受体亚家族 1 组 D 成员 1(NR1D1)激动剂 SR9009 激活 NR1D1 可抑制LPS 诱导的 M1 型极化,促进 M2 型极化,对胶原诱导性关节炎小鼠滑膜增生、炎性细胞浸润及软骨、骨骼的破坏等均具有明显的免疫抑制性及治疗恢复作用34。这些药物无论是在动物研究还是临床应用阶段,一定程度上均能有效抑制患者巨噬细胞 M1 型极化,改善患者的病情,有望促进机体巨噬细胞免疫功能的正常化和重建,恢复原有的生理平衡状态。五、展望巨噬细胞的炎症极化在 RA 患者炎性组织环境的持续以及不可逆的炎性关节组织损伤中发挥着重要的作用,M1/M2 型巨噬细胞极化的不平衡在 RA发病中影响重大,因此,通过调控巨噬细胞炎症极化,使 M1/M2 型巨噬细胞炎症极化保持动态平衡是防治RA 的重要手段之一。本文初步研究总结了巨噬细胞炎症极化的基本特征和炎症极化调控的机制,巨噬细胞炎症极化与相关的炎症极化信号通路,巨噬细胞与 RA 的关系和作用以及靶向药物治疗的研究进展。但巨噬细胞极化在 RA 发病过程中主要机制及其对RA 更精准的治疗方法和靶点仍然值得更进一步地研究和探讨,从而更好地指导 RA 的防治。参考文献1 Jang S,Kwon EJ,Lee JJ.Rheumatoid arthritis:pathogenic roles ofdiverse immune cellsJ.Int J Mol Sci,2022,23(2):905-9192 An J,Nyarko E,Hamad MA.Prevalence of comorbidities and theirassociations with health-related quality of life and healthcare expend-itures in patients with rheumatoid arthritis J.Clin Rheumatol,2019,38(10):2717-27263 Urits I,Israel J,Hakobyan H,et al.Baricitinib for the treatment ofrheumatoid arthritisJ.Reumatologia,2020,58(6):407-4154 Kondo N,Kuroda T,Kobayashi D.Cytokine networks in the patho-genesis of rheumatoid arthritis J.Int J Mol Sci,2021,22(20):10922-109485 Saeki N,Imai Y.Reprogramming of synovial macrophage metabolism31医学研究杂志 2023 年 2 月第 52 卷第 2 期特别关注by synovial fibroblasts under inflammatory conditionsJ.Cell Com-mun Signal,2020,18(1):188-2016 Kang IS,Kim RI,Kim C.Carbon monoxide regulates 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