馮至真 馬翠卿

河北醫(yī)科大學(xué)免疫教研室 河北省重大疾病的免疫機(jī)制及干預(yù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，石家莊050017

肺泡巨噬細(xì)胞在呼吸系統(tǒng)發(fā)揮抗感染中發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，肺泡巨噬細(xì)胞通過吞噬作用清除入侵的病原體，分泌各種細(xì)胞因子，參與固有免疫和適應(yīng)性免疫應(yīng)答[1]，從而保護(hù)機(jī)體。目前，呼吸道感染所致的呼吸系統(tǒng)疾病在臨床上十分多見，對人體影響巨大，短時(shí)間內(nèi)會發(fā)展為ARDS，嚴(yán)重者可以危及生命。不同病原體感染對呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生的的影響相似，但是其具體機(jī)制并不完全清楚，探究肺泡巨噬細(xì)胞在抗感染過程中的作用具有重要意義。研究旨在為預(yù)防和治療呼吸系統(tǒng)感染提供參考依據(jù)。

1 巨噬細(xì)胞極化

巨噬細(xì)胞在接收到刺激信號后，啟動下游信號通路而發(fā)生活化，也稱為極化[2]。極化巨噬細(xì)胞是活化的單核細(xì)胞一系列狀態(tài)的極端，微生物抗原、腫瘤細(xì)胞產(chǎn)物、多種細(xì)胞因子均可誘導(dǎo)分化和影響其活性狀態(tài)[3]。巨噬細(xì)胞可以分兩種類型：M1型和M2型。M1型巨噬細(xì)胞可被腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)、粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子和γ干擾素(interferon-γ，IFN-γ)等誘導(dǎo)產(chǎn)生，同時(shí)高表達(dá)IL-12、可溶性細(xì)胞因子CD86、TNF-α、CC趨化因子配體2、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)等促炎性細(xì)胞因子，殺傷細(xì)胞內(nèi)病原體、腫瘤細(xì)胞，參與Th1型免疫應(yīng)答。M2型巨噬細(xì)胞由IL-4或IL-13和IL-10等一些巨噬細(xì)胞活化抑制因子誘導(dǎo)極化，同時(shí)高表達(dá)抑炎性細(xì)胞因子，如甘露糖受體(mannose receptor，MR)、精氨酸酶1、抵抗素樣分子α、類幾丁質(zhì)酶3樣分子3等，下調(diào)M1型巨噬細(xì)胞的免疫應(yīng)答，參與Th2型免疫應(yīng)答，促進(jìn)組織修復(fù)[4-5]。研究表明，巨噬細(xì)胞可在不同功能狀態(tài)下進(jìn)行動態(tài)轉(zhuǎn)換[6]。

2 巨噬細(xì)胞的識別

固有免疫細(xì)胞表面模式識別受體(pattern recognition receptor，PRR)對病原體相關(guān)模式分子(pathogenassociated molecular patterns，PAMPs)的識別是啟動固有免疫應(yīng)答的關(guān)鍵，多種模式識別受體參與巨噬細(xì)胞對病原菌的識別。

2.1 Toll樣受體(Toll-like receptors，TLRs) TLRs位于巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和上皮細(xì)胞的表面，能夠?qū)Χ喾N類型的PAMPs和損傷相關(guān)模式分子(damage-associated molecular patterns，DAMPs)進(jìn)行識別。受體配體識別結(jié)合后，觸發(fā)了髓樣分化因子88(myeloid differentiation primary response protein 88，MyD88)依賴途徑和β干擾素TIR結(jié)構(gòu)域銜接蛋白(TIR domain containing adaptor inducing infterferon-β，TRIF)的信號通路[7]。然后，進(jìn)一步募集信號通路中的絲裂原活化蛋白激酶(mitogenactivated protein kinases，MAPKs)、轉(zhuǎn)化生長因子β激活性激酶、腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6和IL-1受體相關(guān)激酶，引起轉(zhuǎn)錄因子的核轉(zhuǎn)運(yùn)[8]。這會引起前炎性細(xì)胞因子如TNF-α、IL-1β、IL-12和NO等參與激活宿主天然防御基因的轉(zhuǎn)錄[7]。

2.2 核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域NOD樣受體(nucleotide binding oligomerization domain receptors，NLRs) NLRs是PRR家族的成員，為天然免疫系統(tǒng)的重要組成成分。在病原體侵入機(jī)體時(shí)，NLR信號引起核因子κB(nuclear factorκB，NF-κB)，MAPKs和capspase-1的激活，從而引起炎癥級聯(lián)反應(yīng)[9]，在先天性免疫和獲得性免疫應(yīng)答中起作用，損傷組織和靶器官。

2.3 C型凝集素 C型凝集素是一個(gè)參與病原體多聚糖結(jié)構(gòu)識別的PRR家族。主要通過識別病原體表面的糖基化配體來調(diào)控吞噬作用，如甘露糖、海藻糖、葡聚糖等。MR在肺泡巨噬細(xì)胞中高度表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)，甘露糖與MR結(jié)合可刺激IL-4和IL-13的產(chǎn)生，同時(shí)抑制IL-12的產(chǎn)生，參與損傷氧化反應(yīng)[10]。同時(shí)，MR還可以介導(dǎo)吞噬，在抗感染中發(fā)揮重要作用。

3 巨噬細(xì)胞殺滅病原體

3.1 反應(yīng)氧中間產(chǎn)物(reactive oxygen intermediates，ROI)和反應(yīng)氮中間產(chǎn)物(reactive nitrogen intermediate，RNI) 在激活的巨噬細(xì)胞內(nèi)，NO在iNOS催化下生成。產(chǎn)生的NO對所吞噬的腫瘤細(xì)胞和微生物具有直接的細(xì)胞毒作用，可以有效阻止其在體內(nèi)的擴(kuò)散[11]。NO與O2-結(jié)合后氧化成NO2-和NO3-。NO、NO2-和NO3-等共同構(gòu)成的RNI也具有殺菌活性。NO和RNI可共同抵抗多種病原體，是機(jī)體最有效的殺菌模式[12]。所以，NO被認(rèn)為是宿主防御的基本介質(zhì)[13]。ROI主要在煙酰胺腺嘌呤二核苷酸氧化酶的催化下產(chǎn)生，這些ROI可以進(jìn)一步抵抗病原體入侵[14]。

3.2 炎性小體 炎性小體是固有免疫系統(tǒng)的重要組成成分，是由胞漿內(nèi)PRR參與構(gòu)成的多蛋白復(fù)合體[15]。主要由NOD樣家族分子(NOD like receptors，NLR)、凋亡相關(guān)點(diǎn)狀蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing CARD，ASC)和caspase-1構(gòu)成[16]。多種炎癥小體參與了機(jī)體對病原體的防御。其中，NLR家族中的NOD樣受體蛋白3(NOD-like receptor protein 3，NLRP3)最具代表性，可以被多種病原體激活或被非病原體產(chǎn)生的DAMPs激活[17]。與IL-1受體1(Interleukin-1 receptor，IL-1R1)、TLRs、NLRs和細(xì)胞因子受體等結(jié)合，通過如TLR-MyD88-TRIF-MAPK-NF-κB等不同信號通路激活NF-κB促 進(jìn)NLRP3和pro-IL-1β、pro-IL-18轉(zhuǎn) 錄，在caspase-1的作用下剪切成有活性的形式，有利于NLRP3炎癥小體的活化[18]。而IL-1β和IL-18在保護(hù)機(jī)體抵抗結(jié)核感染中可進(jìn)一步發(fā)揮積極作用[19]。此外，炎癥小體也可以能調(diào)節(jié)依賴caspase-1形式編程性細(xì)胞死亡，引起細(xì)胞膜破裂，細(xì)胞中的ASC speck也隨之釋放，介導(dǎo)caspase-1的激活。存在于細(xì)胞外的ASC speck為caspase-1和IL-1β的活化和發(fā)揮作用提供物質(zhì)基礎(chǔ)[20]。

3.3 病原體感染后巨噬細(xì)胞的凋亡和壞死 細(xì)胞凋亡是在生理或病理情況下，由基因控制的細(xì)胞死亡方式。巨噬細(xì)胞的凋亡能夠殺死其內(nèi)的病原體，增強(qiáng)機(jī)體對病原菌殺傷能力[21]。不同病原體通過不同機(jī)制誘導(dǎo)或抑制巨噬細(xì)胞的凋亡。酪氨酸激酶和/或轉(zhuǎn)錄因子(just another kinase/signal transducer and activator of transcription，JAK/STAT)信號通路在巨噬細(xì)胞凋亡過程中發(fā)揮著重要的作用，酪氨酸蛋白激酶的激活使JAK2/STAT1磷酸化，進(jìn)一步促進(jìn)多種促凋亡基因的表達(dá)，以及促進(jìn)凋亡的發(fā)生[22]。

壞死主要是因?yàn)榧?xì)胞膜的不完整從而導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)和核成分釋放到細(xì)胞外的一種死亡方式。前列腺素E2能夠保護(hù)線粒體和細(xì)胞膜的完整，促使細(xì)胞凋亡，而人脂氧素A4引發(fā)細(xì)胞壞死[23]。巨噬細(xì)胞死亡導(dǎo)致病原菌逃逸和擴(kuò)散感染，不利于機(jī)體的免疫應(yīng)答。

3.4 自噬 宿主細(xì)胞可以通過自噬防止病原體在其中繁殖，是防止病原體感染機(jī)體的重要手段[24]。自噬相關(guān)(autophagy associated gene，ATG)蛋白在調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬中起著重要的作用。常見的ATG蛋白有：unc-51樣激酶(unc-51-like kinase，ULK)激酶復(fù)合物，包括ULK1、ULK2和ATG13等，PI3K復(fù)合物，包括VPS34、ATG6(也稱Beclin-1)、ATG14(也稱Barkor)和VPS15蛋白，ATG9，ATG12-ATG5-ATG16L1復(fù)合體，泛素樣微管相關(guān)蛋白1輕鏈3(the ubiquitin-like microtubule-associated protein 1 light chain 3，LC3)。ATG12-ATG5-ATG16L1復(fù)合體起E3連接酶的作用，使胞質(zhì)型LC3轉(zhuǎn)為胞膜型LC3-Ⅱ形式，成為具有雙層膜的自噬小體，并與溶酶體融合成自噬溶酶體，將內(nèi)容物降解。宿主細(xì)胞的大分子被泛素或半乳凝集素標(biāo)記，然后被自噬接頭蛋白識別，最終再由溶酶體降解[25]。誘導(dǎo)自噬過程的發(fā)生，進(jìn)一步清除病原菌，可能成為多種疾病治療和預(yù)防的一個(gè)新的、可行的方法。

4 病原菌逃避巨噬細(xì)胞的殺傷

病原菌可通過多種機(jī)制產(chǎn)生免疫逃逸作用，逃避巨噬細(xì)胞的殺傷作用，從而在巨噬細(xì)胞中繁殖。

4.1 抑制巨噬細(xì)胞的凋亡 抑制巨噬細(xì)胞凋亡是病原體免疫逃逸的重要途徑。病原體通過某些機(jī)制抑制巨噬細(xì)胞凋亡，從而維持其在巨噬細(xì)胞內(nèi)存活。如結(jié)核分枝桿菌細(xì)胞壁表面表達(dá)的甘露糖末端脂阿拉伯甘露聚糖(Man LAM)，具有阻止巨噬細(xì)胞蛋白激酶C的活化、下調(diào)巨噬細(xì)胞中IFN-γ的表達(dá)、誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化生長因子β的生成的作用，還可激活抗凋亡通路，同時(shí)抑制NO的促凋亡作用。Man LAM抑制巨噬細(xì)胞凋亡具有Ca2+依賴性，可阻止Ca2+流入胞內(nèi)，影響P53和BCL-2的表達(dá)[26]。某些病原體在不同時(shí)相可通過調(diào)節(jié)宿主細(xì)胞凋亡有益于自身發(fā)育和感染。衣原體在初期能抑制P2Z/P2X7受體的活化，抑制細(xì)胞凋亡促進(jìn)其在鼠巨噬細(xì)胞內(nèi)的生長；晚期則誘導(dǎo)宿主細(xì)胞過表達(dá)Bax基因而引起細(xì)胞凋亡，促進(jìn)衣原體釋放并感染其他細(xì)胞[27]。

4.2 抑制DC提呈抗原 沙門菌向宿主細(xì)胞注入效應(yīng)蛋白破壞宿主細(xì)胞的功能，通過毒力島 1(pathogenicityislands1，SPI-1)和SPI-2編碼的毒力因子組裝成Ⅲ型分泌系統(tǒng)1(typeⅢsecretingsystem1，T3SS-1)和T3SS-2實(shí)現(xiàn)。SPI-2編碼的T3SS-2可以干擾抗原的加工和Ag-MHCⅡ復(fù)合物的提呈[28]，降低機(jī)體對沙門菌的免疫。

4.3 改變巨噬細(xì)胞的攝取方式 巨噬細(xì)胞通過對病原體表面不同受體的識別，觸發(fā)相應(yīng)的信號通路，最終導(dǎo)致病原體在宿主內(nèi)產(chǎn)生不同結(jié)果。例如，結(jié)核分枝桿菌若通過MR途徑被宿主巨噬細(xì)胞識別，會抑制補(bǔ)體受體所介導(dǎo)的Ca2+信號通路，使宿主不能殺滅細(xì)菌而在吞噬溶酶體內(nèi)繼續(xù)繁殖。另外，MR介導(dǎo)的吞噬途徑為病原體提供了適合其生存的有利環(huán)境[29]，利于其躲避巨噬細(xì)胞的殺傷。

4.4 誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞高表達(dá)抑制分子 多種菌株，例如A族鏈球菌(group A streptococcus，GAS)通過誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞高表達(dá)抑制分子A20，SOCS-1等以抑制巨噬細(xì)胞表達(dá)炎癥因子，作為免疫逃避的主要模式。IFN-β在GAS誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞高表達(dá)SOCS-1中起作用，IFN-β及其受體主要涉及酪氨酸激酶JAK1和TYK2的細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，導(dǎo)致STAT-1活化。另外，在SOCS-1的誘導(dǎo)中TLR4也起到關(guān)鍵作用，MyD88是TLR4的銜接蛋白，在巨噬細(xì)胞中通過與JAK1和STAT1形成復(fù)合物，促進(jìn)STAT1活化和磷酸化，進(jìn)而促進(jìn)SOCS-1高表達(dá)，抑制炎癥因子的合成，有利于細(xì)菌快速感染[30]。另外，GAS的M蛋白可以誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞中的A20高表達(dá)，其反過來下調(diào)IL-1β、TNF-α和IL-6等促炎細(xì)胞因子的合成[31]，以促進(jìn)GAS逃避免疫監(jiān)視并因此延長在宿主細(xì)胞中的存活。

5 總結(jié)與展望

本研究描述了肺泡巨噬細(xì)胞與胞內(nèi)病原體感染的相互作用及機(jī)制。呼吸道病原體感染過程中，肺泡巨噬細(xì)胞為第一道防線，巨噬細(xì)胞的募集過程和多種細(xì)胞因子的相互作用在宿主抗感染過程中有著十分重要的影響。病原菌在一定條件下也會發(fā)生免疫逃逸，躲避巨噬細(xì)胞的殺傷而繼續(xù)增殖。此過程十分復(fù)雜，進(jìn)一步研究巨噬細(xì)胞在抗感染中的作用有助于新的免疫制劑的研發(fā)，為多種呼吸道疾病的治療和預(yù)防奠定理論基礎(chǔ)。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突