葉慶元 劉世宇 金巖

人體內(nèi)每天有6×1010個(gè)細(xì)胞被更新，其中大部分細(xì)胞的死亡是屬于基因控制的程序性死亡[1]。凋亡是細(xì)胞程序性死亡的一種方式，在細(xì)胞凋亡過程中，常伴有染色質(zhì)固縮、細(xì)胞核裂解、細(xì)胞收縮和出芽小體形成等形態(tài)學(xué)的變化。研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞凋亡在生物的生長(zhǎng)發(fā)育、自體更新和組織再生過程中起到了重要作用[2]。變性或衰老的細(xì)胞凋亡以及這些凋亡的細(xì)胞被巨噬細(xì)胞吞噬清除的過程對(duì)維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)具有重要意義。

巨噬細(xì)胞來源于骨髓中的單核細(xì)胞，是機(jī)體固有免疫的重要組成成分，對(duì)清除機(jī)體內(nèi)變性、凋亡的細(xì)胞，維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)有重要作用。在組織器官受損后的炎癥反應(yīng)與修復(fù)的過程中，巨噬細(xì)胞受到細(xì)菌產(chǎn)生的內(nèi)毒素或淋巴細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子的刺激，向兩種不同的方向極化。M1方向極化（又稱經(jīng)典途徑活化）的巨噬細(xì)胞具有強(qiáng)烈的介導(dǎo)炎癥發(fā)生、促進(jìn)血管化和抵抗病原體損害的作用。在組織修復(fù)再生的早期階段，組織原位的巨噬細(xì)胞和從骨髓遷移而來的巨噬細(xì)胞通常向M1方向極化，促進(jìn)局部炎癥的發(fā)生與免疫細(xì)胞的遷移、聚集，并加速血管的形成，從而清除入侵病原體[3]。M2方向極化（又稱替代途徑活化）的巨噬細(xì)胞則可以抑制炎癥，促進(jìn)組織的修復(fù)與再生。在組織修復(fù)再生的后期，受損組織局部常表現(xiàn)為M2方向極化的巨噬細(xì)胞聚集，其具有分泌抑制炎癥的細(xì)胞因子、抑制免疫細(xì)胞活化，從而減輕受損組織的繼發(fā)損害，達(dá)到修復(fù)組織缺損的目的[4]。巨噬細(xì)胞這兩種極化狀態(tài)的轉(zhuǎn)換以及其調(diào)控機(jī)制一直是研究熱點(diǎn)。

本文主要從凋亡的信號(hào)通路、巨噬細(xì)胞的極化特點(diǎn)以及凋亡細(xì)胞與巨噬細(xì)胞的相互作用這3個(gè)方面對(duì)近期研究進(jìn)行綜述。

一、凋亡的信號(hào)通路

（一）內(nèi)源性凋亡途徑

內(nèi)源性凋亡途徑的啟動(dòng)與線粒體存在著密不可分的關(guān)系。當(dāng)細(xì)胞受到不利于其生存的理化因素刺激時(shí)，線粒體雙層膜的通透性發(fā)生改變，釋放出細(xì)胞色素c并與存在于溶質(zhì)中的凋亡蛋白酶活化因子1（apoptotic protease activating factor-1，Apaf-1）相結(jié)合，繼而改變了Apaf-1的構(gòu)象，使其可以結(jié)合ATP或dATP。細(xì)胞色素c、Apaf-1、ATP/dATP形成的多聚體募集了caspase-9的前體蛋白，這一復(fù)合體裂解和激活了下游的caspase途徑，從而啟動(dòng)了細(xì)胞的凋亡[5]。抑癌基因Bcl-2家族所編碼的蛋白（Bcl-XL，Bcl-2，Bax，Bak等）對(duì)調(diào)控線粒體雙層膜的通透性和細(xì)胞色素c的釋放具有重要作用[6]。當(dāng)細(xì)胞發(fā)生凋亡時(shí)，原本存在于細(xì)胞質(zhì)的Bcl- XL、Bax等蛋白從胞質(zhì)中轉(zhuǎn)移到線粒體膜上，并在線粒體膜上形成微孔，介導(dǎo)了細(xì)胞凋亡的發(fā)生[7]。此外，凋亡誘導(dǎo)因子AIF、核酸內(nèi)切酶G、凋亡抑制劑相關(guān)蛋白Smac、高溫應(yīng)激蛋白A2等都對(duì)內(nèi)源性凋亡途徑起到重要的調(diào)控作用[8]。

（二）外源性凋亡途徑

外源性凋亡途徑是由死亡受體所介導(dǎo)的一種凋亡形式。死亡受體是屬于腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）超家族的一類跨膜蛋白，其胞外部分富含相似的半胱氨酸序列，也被稱為“死亡結(jié)構(gòu)域”[9]。以最經(jīng)典的死亡受體Fas為例，死亡信號(hào)FasL與其受體Fas介導(dǎo)了外源性凋亡途徑的啟動(dòng)過程，對(duì)清除衰老細(xì)胞、病原微生物感染的細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞等具有重要的作用。FasL常表達(dá)于激活的T細(xì)胞與NK細(xì)胞表面，當(dāng)FasL與細(xì)胞膜表面的受體Fas結(jié)合后，會(huì)誘導(dǎo)Fas的三聚體化[10]。隨后，胞質(zhì)內(nèi)的具有死亡結(jié)構(gòu)域的Fas相關(guān)蛋白（Fas-associated DD containing protein，F(xiàn)ADD）結(jié)合到三聚體化Fas 的胞內(nèi)死亡結(jié)構(gòu)域上，形成死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合物（death-inducing signaling complex，DISC）[11]。DISC募集并激活caspase8，激活的caspase8裂解caspase3的前體，激活caspase3啟動(dòng)了外源性凋亡的級(jí)聯(lián)激活序列[12]。在另一方面，外源性凋亡途徑可以與內(nèi)源性凋亡途徑發(fā)生相互聯(lián)系。激活的caspase8可以裂解細(xì)胞質(zhì)中的Bid（一種具有BH2結(jié)構(gòu)域的Bcl-2家族蛋白），繼而激活線粒體內(nèi)蛋白的釋放，啟動(dòng)內(nèi)源性凋亡過程[13]。

（三）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)的凋亡途徑

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是真核細(xì)胞中重要的細(xì)胞器，與蛋白質(zhì)、脂質(zhì)的合成與代謝有著重要聯(lián)系，并起到調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)Ca2+穩(wěn)態(tài)的作用[14]。當(dāng)細(xì)胞處于缺氧、糖剝奪和氧化應(yīng)激的環(huán)境時(shí)，錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)聚集于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的管腔中，通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜蛋白肌醇酶1α、蛋白激酶樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶和轉(zhuǎn)錄激活因子6使細(xì)胞發(fā)生未折疊蛋白應(yīng)答。未折疊蛋白應(yīng)答主要是為了清除內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中未折疊或錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì)，但當(dāng)這些蛋白質(zhì)超出了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)清除的能力后，未折疊蛋白應(yīng)答信號(hào)通過調(diào)節(jié)Bcl-2家族蛋白和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜對(duì)鈣離子的通透性，繼而通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與線粒體的相互作用，誘導(dǎo)了細(xì)胞凋亡的發(fā)生[15]。

二、巨噬細(xì)胞的極化及其作用

長(zhǎng)久以來，人們認(rèn)為聚集在受損組織周圍的巨噬細(xì)胞僅來源于被募集骨髓中的單核細(xì)胞[16]。近期研究發(fā)現(xiàn)，胚胎時(shí)期有一部分骨髓來源的單核細(xì)胞通過血流遷移到全身各器官組織中，成為獨(dú)立存在的、在組織中定居的巨噬細(xì)胞，如存在于皮膚中的朗格漢斯細(xì)胞、存在于肝臟中的枯否細(xì)胞等[17]。這兩種來源的巨噬細(xì)胞通過不同的途徑活化后，對(duì)局部受損組織器官的修復(fù)有重要作用。

（一）M1方向極化的巨噬細(xì)胞

當(dāng)組織器官受到創(chuàng)傷、感染等刺激，發(fā)生炎癥反應(yīng)時(shí)，往往激活組織中原位的巨噬細(xì)胞和被募集的巨噬細(xì)胞向M1方向極化，通過其促進(jìn)炎癥發(fā)生和促進(jìn)血管化的作用從而抵抗病原體的侵害。通常認(rèn)為巨噬細(xì)胞向M1極化有兩種途徑。一種是病原微生物釋放的內(nèi)毒素（LPS）與機(jī)體細(xì)胞被破壞釋放出的隱蔽抗原[18]（例如DNA等），分別通過跨膜的TLR（toll-like receptors）中的 TLR4和 TLR3，由 NF-κB 通路、AP-1通路上調(diào)了M1巨噬細(xì)胞相關(guān)分子iNOS、IL-6和TNFα的表達(dá)[19]。另一種途徑是免疫活性細(xì)胞分泌的IFN-γ通過巨噬細(xì)胞表面的受體IFNGR激活了STAT1通路，上調(diào)了炎癥相關(guān)蛋白的表達(dá)[20]。最近有研究發(fā)現(xiàn)，LPS可以通過腫瘤壞死因子相關(guān)因子6（TRAF6）直接激活巨噬細(xì)胞的STAT1通路，促進(jìn)炎癥發(fā)生[21]。

（二）M2方向極化的巨噬細(xì)胞

在機(jī)體受到蠕蟲感染或是發(fā)生過敏反應(yīng)時(shí)，常會(huì)激活Ⅱ型免疫反應(yīng)的發(fā)生[22-23]。在Ⅱ型免疫反應(yīng)中，輔助性T細(xì)胞（Th）分泌的IL-4與IL-13等細(xì)胞因子與巨噬細(xì)胞表面的受體IL-4Rα與IL-13Rα結(jié)合，磷酸化了酪氨酸激酶Jak1和Tyk2，通過STAT6通路啟動(dòng)了巨噬細(xì)胞的替代激活途徑，上調(diào)了M2相關(guān)分子如Arg1、Ym1和Yizz1等分子的表達(dá)[24]。研究發(fā)現(xiàn)，M2方向極化的巨噬細(xì)胞可以通過分泌IL-10、TGFβ1等因子，抑制了局部的炎癥反應(yīng)，從而促進(jìn)受損組織器官的修復(fù)再生[25]。

三、巨噬細(xì)胞與凋亡細(xì)胞的相互作用

成年哺乳動(dòng)物在受到創(chuàng)傷后，其組織器官的修復(fù)能力往往受到限制。較小的、清潔的傷口可以通過Ⅰ期愈合完全修復(fù)，而遭受到感染的較大傷口只能通過Ⅱ期愈合修復(fù)，并常伴有較為強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)，最終缺損被瘢痕組織取代[26]。與人類不同的是，蠑螈等動(dòng)物在其組織器官受損后仍具有極強(qiáng)的再生能力，其受到損傷的肢體往往可以完全再生[27-29]。研究發(fā)現(xiàn)，這些動(dòng)物受到創(chuàng)傷后，在其缺損組織局部的早期炎癥反應(yīng)和后期再生過程中，細(xì)胞凋亡和巨噬細(xì)胞對(duì)凋亡細(xì)胞的吞噬作用具有重要意義[27,30]。

（一）巨噬細(xì)胞對(duì)凋亡細(xì)胞的識(shí)別與吞噬

巨噬細(xì)胞被認(rèn)為是多細(xì)胞生物體內(nèi)發(fā)揮吞噬功能的主要細(xì)胞，其在清除凋亡、變性和衰老的細(xì)胞與侵害機(jī)體的有害微生物中起到重要作用。近期研究認(rèn)為，巨噬細(xì)胞對(duì)凋亡細(xì)胞的吞噬作用分為2個(gè)階段，第1階段是對(duì)凋亡的目標(biāo)細(xì)胞的識(shí)別與黏附，第2階段是對(duì)黏附于其表面上的凋亡細(xì)胞的攝取[31]。磷脂酰絲氨酸是巨噬細(xì)胞識(shí)別凋亡細(xì)胞的主要分子。磷脂酰絲氨酸一般位于正常細(xì)胞的磷脂雙分子層的內(nèi)側(cè)面，而在細(xì)胞啟動(dòng)凋亡過程后會(huì)暴露于細(xì)胞膜表面，巨噬細(xì)胞可以通過表面的磷脂酰絲氨酸受體識(shí)別黏附凋亡的細(xì)胞[32]。隨后，Rac1分子的激活介導(dǎo)了肌動(dòng)蛋白的聚合，形成“吞噬杯”樣結(jié)構(gòu)，啟動(dòng)了巨噬細(xì)胞對(duì)其所黏附凋亡細(xì)胞的攝取過程[33]。

研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞對(duì)凋亡細(xì)胞的攝取通常是抑制炎癥、促進(jìn)再生的過程[34]。在蠑螈等動(dòng)物斷肢再生的初期階段，巨噬細(xì)胞在缺損組織周圍被聚集，并在高水平表達(dá)的抗炎因子（IL-4、IL-13）的刺激下，吞噬壞死或凋亡的細(xì)胞，從而在局部形成了組織修復(fù)的微環(huán)境，為再生提供了有利條件[27,35]。另外，在寄生蟲感染所造成的肺損傷中，炎癥初期被募集的中性粒細(xì)胞在凋亡后，凋亡的殘余物通過其表面的磷脂酰絲氨酸激活了IL-4 / IL-13刺激的巨噬細(xì)胞，上調(diào)了巨噬細(xì)胞中抗炎基因的表達(dá)，促進(jìn)了損傷肺組織的修復(fù)[36]。令人倍感驚訝的是，巨噬細(xì)胞不僅可以“被動(dòng)”的識(shí)別衰老變性細(xì)胞上特定的受體，還可以“主動(dòng)”分泌一些蛋白去標(biāo)記衰老變性的細(xì)胞。近期有研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞可以通過產(chǎn)生和分泌鈣網(wǎng)蛋白標(biāo)記衰老的中性粒細(xì)胞，之后再由巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的程序性細(xì)胞清除作用清除這些衰老的中性粒細(xì)胞，從而維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)[37]。

（二） M1方向極化的巨噬細(xì)胞可誘導(dǎo)受損細(xì)胞凋亡

在肌肉組織受損的初始階段，同時(shí)有向M1和M2方向極化的巨噬細(xì)胞出現(xiàn)在受損組織周圍[38]。M1方向極化的巨噬細(xì)胞可以通過分泌TNFα，與炎癥周圍變性細(xì)胞包膜表面受體TNFR1結(jié)合，通過胞質(zhì)內(nèi)去泛素化的受體相互作用的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶1與TNFR1相關(guān)的死亡結(jié)構(gòu)域蛋白，F(xiàn)ADD等相互作用，繼而由caspase途徑啟動(dòng)了細(xì)胞凋亡過程[39]，從而使受損變性的細(xì)胞發(fā)生程序性死亡。同時(shí)，凋亡細(xì)胞分泌的趨化因子、溶血磷脂膽堿、磷酸鞘氨醇等分子可以與巨噬細(xì)胞胞膜上的相關(guān)受體結(jié)合，進(jìn)而促進(jìn)巨噬細(xì)胞對(duì)凋亡細(xì)胞的吞噬作用[40]。

（三）凋亡細(xì)胞可促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M2方向極化

M1方向極化的巨噬細(xì)胞和M2方向極化的巨噬細(xì)胞之間的平衡，對(duì)抵抗病原體侵害、抑制纖維化和促進(jìn)組織器官修復(fù)有重要作用[41]。但這兩種不同方向極化的巨噬細(xì)胞是否可以相互轉(zhuǎn)化，以及如何轉(zhuǎn)化的機(jī)制一直是困擾學(xué)界已久的問題。近期有研究發(fā)現(xiàn)，凋亡細(xì)胞與巨噬細(xì)胞的相互作用可以促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M2方向極化，對(duì)炎癥后期的組織修復(fù)再生有重要意義。被吞噬的凋亡細(xì)胞通過ATP激活的蛋白酶α1，促使了已經(jīng)向M1方向極化的巨噬細(xì)胞重新轉(zhuǎn)向M2方向極化，從而抑制了組織周圍的炎癥反應(yīng)，啟動(dòng)了修復(fù)再生的過程[30]。另一方面，IL-4/IL-13刺激的巨噬細(xì)胞可以通過與中性粒細(xì)胞的相互作用，促進(jìn)心肌梗死后的心肌修復(fù)與重建[42]。再者，在炎癥反應(yīng)過程中，中性粒細(xì)胞吞噬壞死變性的細(xì)胞后往往發(fā)生凋亡[43]，并且凋亡后產(chǎn)生的細(xì)胞殘片往往被巨噬細(xì)胞所吞噬[44]。有研究指出，IL-4/IL-13刺激的巨噬細(xì)胞可以識(shí)別凋亡中性粒細(xì)胞表面上的磷脂酰絲氨酸，通過磷脂酰絲氨酸決定的酪氨酸激酶AXL和MERTK，上調(diào)了M2相關(guān)基因如Retnla、Chil3和Arg1的表達(dá)，在組織修復(fù)和改建中起到不可或缺的作用[36]。

細(xì)胞凋亡和巨噬細(xì)胞對(duì)凋亡細(xì)胞的清除對(duì)維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)具有重要意義。極化的巨噬細(xì)胞不僅可以通過分泌細(xì)胞因子調(diào)控細(xì)胞的凋亡過程，并且巨噬細(xì)胞與凋亡細(xì)胞的相互作用可以增加受損器官的組織修復(fù)再生能力。但被吞噬到巨噬細(xì)胞內(nèi)的凋亡細(xì)胞殘?bào)w，是否可以被重新利用，或是通過一些其他機(jī)制調(diào)控了巨噬細(xì)胞的極化方向，從而促進(jìn)受損組織器官的修復(fù)，還有待更加深入的研究。