陳禹成 綜述，王孟皓，劉作金 審校

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院肝膽外科 400010)

巨噬細(xì)胞是先天固有免疫系統(tǒng)的重要組成部分，在炎癥和宿主防御中發(fā)揮核心作用。在響應(yīng)各種環(huán)境因素或在不同的病理生理?xiàng)l件下，巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化為不同的功能表型，即經(jīng)典活化性巨噬細(xì)胞(CAM或簡(jiǎn)稱(chēng)M1)和選擇活化性巨噬細(xì)胞(AAM或簡(jiǎn)稱(chēng)M2)[1]。巨噬細(xì)胞極化的不平衡通常與各種炎癥性疾病相關(guān)，其中，M1型巨噬細(xì)胞主要參與炎癥的啟動(dòng)和維持；M2型巨噬細(xì)胞主要參與炎癥的消退[2]。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)在糖酵解和氧化磷酸化中起核心作用。其接受糖酵解和三羧酸中間產(chǎn)物的高能電子，然后將電子送入電子傳遞鏈(ETC)的復(fù)合物Ⅰ，驅(qū)動(dòng)氧化磷酸化，氧化磷酸化是三磷酸腺苷(ATP)的主要來(lái)源。NAD也是一種共底物，被蛋白質(zhì)的共價(jià)修飾和信號(hào)酶消耗，其底物酶主要為沉默調(diào)節(jié)蛋白(SIRT)、聚腺苷二磷酸核糖聚合酶(PARPs)、白細(xì)胞分化抗原38(CD38)。消耗NAD的酶釋放煙酰胺，煙酰胺可以通過(guò)煙酰胺磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(NAMPT)啟動(dòng)的補(bǔ)救合成途徑重新轉(zhuǎn)化為NAD。Preiss-Handler途徑是從飲食中的煙酸和煙酸單核苷酸(NaMN)產(chǎn)生NAD，而從頭合成途徑中NAD的合成來(lái)自色氨酸[3]。近年來(lái)，有研究結(jié)果顯示，NAD可以調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化[3]。因此，深入研究NAD代謝及其底物酶影響巨噬細(xì)胞極化的機(jī)制及了解其相互作用，對(duì)于闡明炎癥性疾病發(fā)病機(jī)制和發(fā)現(xiàn)新的治療策略至關(guān)重要。本文就近年有關(guān)NAD代謝及其底物酶影響巨噬細(xì)胞極化的機(jī)制及其相互作用進(jìn)行綜述。

1 NAD代謝與巨噬細(xì)胞極化的關(guān)系

1.1 從頭合成途徑

從頭合成途徑又稱(chēng)作犬尿氨酸途徑。從色氨酸開(kāi)始，轉(zhuǎn)化為犬尿氨酸，最終變成喹啉酸，然后喹啉酸通過(guò)喹啉磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(QPRT)轉(zhuǎn)化為NaMN進(jìn)入Preiss-Handler途徑。色氨酸通過(guò)吲哚胺-2,3-雙加氧酶1(IDO1)轉(zhuǎn)化成犬尿氨酸是從頭合成途徑的關(guān)鍵步驟。從頭合成途徑可能促進(jìn)抗炎極化狀態(tài)，阻斷從頭合成途徑使炎性標(biāo)志物白細(xì)胞分化抗原(CD)86和CD64表達(dá)升高，抗炎標(biāo)志物CD206和CD23表達(dá)降低，并增加巨噬細(xì)胞產(chǎn)生典型促炎因子[生長(zhǎng)調(diào)節(jié)致癌基因(GRO)-α、白細(xì)胞介素(IL)-17A、IL-12p40、γ干擾素(IFNγ)、IL-1β、IL-18、IL-2等][3]。

1.2 補(bǔ)救合成途徑

NAD被其底物酶消耗后變?yōu)闊熕岚?，再?jīng)過(guò)NAMPT催化后變成煙酰胺單核苷酸(NMN)，NMN通過(guò)NMN腺苷酰轉(zhuǎn)移酶(NMNAT)1、NMNAT2和NMNAT3的催化轉(zhuǎn)變成NAD完成循環(huán)[4]。有研究表明，膳食中的單不飽和脂肪酸正向調(diào)控NAD正是通過(guò)補(bǔ)救合成途徑達(dá)成的[5]。煙酸胺有明顯的抗炎作用，在單側(cè)尿道梗阻過(guò)程中，煙酸胺能明顯抑制巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)、降低促炎因子的表達(dá)，如腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、IL-1β[6]。NAMPT有兩種不同的形式，細(xì)胞內(nèi)NAMPT(iNAMPT)和細(xì)胞外NAMPT(eNAMPT)，其中iNAMPT是哺乳動(dòng)物NAD搶救生物合成的限速酶[7]。iNAMPT的過(guò)度表達(dá)會(huì)導(dǎo)致巨噬細(xì)胞對(duì)凋亡的抵抗力增強(qiáng)，使巨噬細(xì)胞極化向抗炎的M2型傾斜，同時(shí)導(dǎo)致M1型巨噬細(xì)胞數(shù)量減少，iNAMPT的抗炎作用可能與其上調(diào)過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)有關(guān)[7-10]。而eNAMPT通常被認(rèn)為是一種促炎因子，其在穩(wěn)態(tài)條件下維持巨噬細(xì)胞的M1極化，在病理?xiàng)l件下(如白血病)則會(huì)成為M2型巨噬細(xì)胞的細(xì)胞因子[7-8,10]。α-Mangostin是從山竹中分離得到的一種具有生物活性的口山酮，是NAMPT的抑制劑，其介導(dǎo)的NAMPT/NAD的下調(diào)有助于減輕巨噬細(xì)胞中Toll樣受體4(TLR4)/NF-κB介導(dǎo)的炎癥[11]。

2 NAD的底物酶與巨噬細(xì)胞極化的關(guān)系

2.1 SIRT與巨噬細(xì)胞極化的關(guān)系

SIRT從細(xì)菌到人類(lèi)都是高度保守的，其是NAD依賴(lài)的蛋白質(zhì)脫乙酰酶和(或)單二磷酸腺苷(ADP)核糖轉(zhuǎn)移酶。哺乳動(dòng)物含有7個(gè)SIRT(SIRT1～7)，它們?cè)诖呋蚝蚇AD結(jié)合域上具有很高的序列同源性。然而，每一個(gè)成員的亞細(xì)胞定位和催化活性方面都不同。SIRT1和SIRT2依賴(lài)于細(xì)胞周期和細(xì)胞類(lèi)型的方式在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)之間穿梭，SIRT3～5是線粒體SIRT，而SIRT6只存在于細(xì)胞核中，SIRT7在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中均有分布。細(xì)胞核SIRT的底物包括組蛋白和非組蛋白，如核轉(zhuǎn)錄因子和輔助因子，而細(xì)胞質(zhì)和線粒體SIRT在糖酵解、脂肪酸氧化(FAO)、三羧酸循環(huán)和其他氧化代謝途徑中涉及關(guān)鍵酶的脫乙?；邪l(fā)揮重要作用。由于SIRT在全身表達(dá)，作為細(xì)胞能量感受器發(fā)揮作用，并調(diào)節(jié)廣泛的生理和代謝過(guò)程，其活性的失調(diào)與各種代謝性、感染性和神經(jīng)性疾病有關(guān)[12]。

2.1.1SIRT1

SIRT1是SIRT家族的創(chuàng)始成員，在維持代謝功能和健康方面起著關(guān)鍵作用[13]。SIRT1促進(jìn)M2型極化可能是由NAMPT-NAD-SIRT1軸進(jìn)行調(diào)節(jié)[14]。SIRT1還能使DNA上的炎性位點(diǎn)發(fā)生甲基化，限制促炎基因過(guò)早激活[15]。有研究表明，SIRT1升高會(huì)導(dǎo)致IL-10(M2型巨噬細(xì)胞所分泌的抗炎細(xì)胞因子)升高，這是因?yàn)镾IRT1信號(hào)通路最終激活I(lǐng)L-10的轉(zhuǎn)錄因子前B細(xì)胞白血病同源盒基因1(PBX1)，挽救因線粒體復(fù)合體Ⅲ缺陷所引起的IL-10丟失[16]。此外，SIRT1能夠調(diào)節(jié)IL-4生成，這可能是SIRT1調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化的機(jī)制之一[13]。在肝細(xì)胞中，SIRT1能通過(guò)PPARγ共激活因子-1α(PGC-1α)調(diào)節(jié)糖酵解和糖異生基因的平衡，并且SIRT1能夠去乙?；毖跽T導(dǎo)因子-1α(HIF-1α)基因啟動(dòng)子上的組蛋白H3賴(lài)氨酸14(H3K14)，從而抑制HIF-1α的表達(dá)，進(jìn)而抑制HIF-1α所介導(dǎo)的增強(qiáng)糖酵解通量[12]、損害巨噬細(xì)胞FAO，從而抑制巨噬細(xì)胞M1型極化[9]。小檗堿是一種異喹啉生物堿，在中藥中的應(yīng)用已有數(shù)百年的歷史，其通過(guò)SIRT1依賴(lài)機(jī)制抑制NF-κB信號(hào)通路，最終有效抑制巨噬細(xì)胞炎性反應(yīng)[17]。此外，SIRT1還是姜黃素的潛在靶點(diǎn)[18]。

2.1.2SIRT2

SIRT2是一種依賴(lài)NAD的組蛋白去乙?；?，在腫瘤發(fā)生、基因組不穩(wěn)定和細(xì)胞周期進(jìn)展中起作用。有研究表明，SIRT2通過(guò)調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化來(lái)調(diào)節(jié)腎臟損傷的局部炎癥過(guò)程，并防止結(jié)腸炎的發(fā)展[19]。SIRT2也能直接與HIF-1α結(jié)合，使其去乙?；褪Щ?，從而促進(jìn)巨噬細(xì)胞M1型極化[12]。并且SIRT2同SIRT1一樣，能使DNA上的炎性位點(diǎn)發(fā)生甲基化，限制促炎基因過(guò)早激活[15]。在小鼠模型中，敲除SIRT2不影響免疫細(xì)胞發(fā)育，對(duì)巨噬細(xì)胞影響小，但能增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的吞噬作用[19-20]。

2.1.3SIRT3

SIRT3是一種依賴(lài)NAD的脫乙酰酶，對(duì)代謝狀態(tài)敏感，介導(dǎo)適應(yīng)性反應(yīng)。SIRT3能夠降低活性氧生成，減少細(xì)胞自噬，降低核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域(NOD)樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3(NLRP3)炎性小體活性[21]。在SIRT3敲除的小鼠中使用viniferin(SIRT3激活因子)，能夠抑制NLRP3炎癥激活為特征的促炎癥表型[22]。當(dāng)SIRT2與SIRT3同時(shí)敲除時(shí)，比起糖酵解巨噬細(xì)胞更傾向于FAO，但并未改變內(nèi)毒素抗性，其中機(jī)制有待進(jìn)一步探究[23]。

2.1.4SIRT6

SIRT6是一種NAD依賴(lài)性脫乙酰酶，在DNA修復(fù)、炎癥和脂質(zhì)調(diào)節(jié)中起著關(guān)鍵作用。SIRT6敲除的小鼠表現(xiàn)出嚴(yán)重的代謝缺陷和加速衰老，并且SIRT6過(guò)表達(dá)時(shí)會(huì)減少巨噬細(xì)胞對(duì)氧化低密度脂蛋白攝取[24]。SIRT6還通過(guò)H3K9的去乙?；瘉?lái)調(diào)節(jié)葡萄糖穩(wěn)態(tài)，以抑制各種HIF-1依賴(lài)性糖酵解基因的表達(dá)，或許能夠抑制巨噬細(xì)胞M1型極化[9,12]。

2.2 PARPs與巨噬細(xì)胞極化的關(guān)系

PARPs超家族歷史上被分類(lèi)為一組包含PARP結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)，由17種結(jié)構(gòu)相關(guān)蛋白質(zhì)組成，其中6種擁有明顯催化活性，PARP1、PARP2、PARP3、PARP4(也被稱(chēng)為vault PARP)、端錨聚合酶1(TANK1,也被稱(chēng)為PARP5A)及TANK2(也被稱(chēng)為PARP5B)。超家族其他成員，PARP6、PARP7(也被稱(chēng)為T(mén)IPARP)、PARP8、PARP9(也被稱(chēng)為BAL1)、PARP10、PARP11、PARP12、PARP13(也被稱(chēng)為ZC3HAV1)、PARP14(也被稱(chēng)為BAL2)、PARP15(也被稱(chēng)為BAL3)及PARP16[25]。PARPs促進(jìn)ADP-核糖基化，這是翻譯后修飾(PTM)的基礎(chǔ)之一。這種無(wú)處不在的PTM調(diào)控著各種關(guān)鍵的生物學(xué)和病理過(guò)程，包括DNA修復(fù)、細(xì)胞分化、基因轉(zhuǎn)錄、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑、能量代謝和表觀遺傳學(xué)[26]。

2.2.1PARP1誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞活化及炎癥

PARP1與巨噬細(xì)胞或巨噬細(xì)胞樣細(xì)胞系對(duì)病原體相關(guān)分子模式(包括脂多糖)的反應(yīng)機(jī)制有關(guān)。PARP1的磷酸化導(dǎo)致NF-κB亞單元p65/RelA的PAR化，從而誘導(dǎo)NF-κB調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄[27]。PARP1還誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞中的高遷移率族蛋白B1(HMGB1)從細(xì)胞核釋放到細(xì)胞質(zhì)，這需要它的PAR化和隨后的乙?；痆28-29]。PARP1還對(duì)其他與巨噬細(xì)胞相關(guān)的細(xì)胞類(lèi)型，如脂肪肝中的Kupffer細(xì)胞和受損腦中的小膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)揮促炎作用[30-31]。

2.2.2PARP9與PARP14調(diào)控巨噬細(xì)胞活化

有研究表明，在體外實(shí)驗(yàn)的人原代巨噬細(xì)胞中，PARP14抑制促炎的IFNγ-轉(zhuǎn)錄激活因子1(STAT1)通路并激活抑炎的IL-4-STAT6通路。以siRNA沉默PARP14可加快被IFNγ處理的巨噬細(xì)胞產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子和趨化因子，抑制經(jīng)IL-4處理的細(xì)胞生成抗炎因子。而沉默PARP9通常效果相反，PARP9似乎干擾了PARP14對(duì)IFNγ-STAT1通路的抑制作用，從而促進(jìn)促炎巨噬細(xì)胞的激活[32]。

2.2.3其他PARPs在巨噬細(xì)胞中的作用

雖然上述研究報(bào)道了PARP1、PARP9和PARP14如何通過(guò)信號(hào)通路促進(jìn)或抑制巨噬細(xì)胞的激活，但關(guān)于其他PARPs在巨噬細(xì)胞中有何作用的研究仍然很少。有研究表明，脂多糖可增加小鼠骨髓來(lái)源的巨噬細(xì)胞中PARP3、PARP4、PARP7、PARP8、PARP10、PARP11、PARP12和PARP13的mRNA表達(dá)，但這些PARPs在巨噬細(xì)胞中的功能尚不清楚[33]。已有研究將PARP10和PARP12與NF-κB信號(hào)聯(lián)系起來(lái)[34-35]。雖然上述研究提示除PARP1、PARP9和PARP14以外的PARPs在巨噬細(xì)胞中可能存在作用，但還需要更多的研究來(lái)探明這些PARPs參與巨噬細(xì)胞活化與炎癥的具體機(jī)制。

2.3 CD38與巨噬細(xì)胞極化的關(guān)系

CD38是一種多功能細(xì)胞外酶，代謝NAD并且調(diào)節(jié)NAD、細(xì)胞外核苷酸穩(wěn)態(tài)及細(xì)胞內(nèi)鈣[36]。CD38主要表達(dá)在免疫細(xì)胞上，以響應(yīng)細(xì)胞因子、內(nèi)毒素和干擾素的刺激[37-38]。該酶的表達(dá)受一個(gè)包含NF-κB、視黃酸X受體(RXR)、肝X受體(LXR)和STAT結(jié)合位點(diǎn)的啟動(dòng)子區(qū)域的調(diào)控，并且巨噬細(xì)胞在M1極化時(shí)表達(dá)CD38，這表明它在炎性反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用[38]。在細(xì)胞/組織衰老過(guò)程中NAD的下降與暴露于衰老相關(guān)的分泌表型(SASP)相關(guān)的因素有關(guān)，SASP可能會(huì)增加這些細(xì)胞/組織中CD38的表達(dá)。衰老細(xì)胞的SASP條件培養(yǎng)液可以誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)CD38。因此，衰老的表型可能驅(qū)動(dòng)CD38+炎癥細(xì)胞的積累，而CD38+炎癥細(xì)胞調(diào)節(jié)NAD前體的可獲得性，并發(fā)揮作用在煙酰胺核苷酸代謝中的重要作用[39]。

2.4 其他NAD依賴(lài)且影響巨噬細(xì)胞極化的途徑

2.4.1乳酸脫氫酶(LDH)A

LDHA是一種重要的酶，通過(guò)有氧糖酵解途徑參與多種腫瘤的生長(zhǎng)和能量代謝。LDH是由4個(gè)亞基組成的四聚體酶。最常見(jiàn)的兩個(gè)亞基是LDHA和LDHB，已知的LDH同工酶有5種：LDH-5，A4；LDH-4，A3B1；LDH-3，A2B2；LDH-2，A1B3；LDH-1，B4。LDH-5是催化丙酮酸轉(zhuǎn)化為乳酸的最有效的同工酶。在天然產(chǎn)物庫(kù)中的480個(gè)化合物中，對(duì)LDHA酶活性的抑制作用最強(qiáng)的是楨楠素A，該化合物通過(guò)阻斷LDHA的NAD結(jié)合位點(diǎn)而起到競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑作用。楨楠素A處理的癌細(xì)胞，會(huì)減少瘤源性乳酸產(chǎn)生，并抑制精氨酸酶1(Arg-1)表達(dá)，進(jìn)而抑制巨噬細(xì)胞M2型極化[40]。

2.4.2嘌呤能G蛋白偶聯(lián)受體(GPCR)P2Y11

P2Y11受體是GPCR P2Y家族的1個(gè)非常規(guī)成員，目前由8個(gè)成員組成(P2Y1、P2Y2、P2Y4、P2Y6、P2Y11、P2Y12、P2Y13和P2Y14)。P2Y11受體與磷脂酶C和腺苷酸環(huán)化酶結(jié)合，優(yōu)先被ATP激活。NAD是代謝和炎癥過(guò)程的另一個(gè)關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。IL-10通過(guò)腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)-NAMPT-NAD信號(hào)軸，在M2c分化過(guò)程中誘導(dǎo)P2Y11上調(diào)。NAD及其直接前體NMN可以在NAMPT抑制過(guò)程中使P2Y11受體恢復(fù)，可能是通過(guò)激活SIRT1來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。并且P2Y11受體能增強(qiáng)Ras介導(dǎo)的細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)與IISB激酶(IKK)效應(yīng)通路的激活誘導(dǎo)的IL-8生成[41]。

2.4.315-羥基前列腺素脫氫酶(15-PGDH)

15-PGDH是NAD依賴(lài)性的，能催化前列腺素E2(PGE2)的15(S)羥基的氧化，將促炎癥的PGE2轉(zhuǎn)化為抗炎的15-酮-PGE2(PPAR-γ的內(nèi)源性配體)。15-PGDH能在Kupffer細(xì)胞中激活PPAR-γ，而PPAR-γ的激活增加了IL-4 促進(jìn)了巨噬細(xì)胞向抗炎性極化[9,42]。

3 展 望

巨噬細(xì)胞是免疫系統(tǒng)中功能非常復(fù)雜的細(xì)胞，并且與疾病的發(fā)生、發(fā)展息息相關(guān)。巨噬細(xì)胞會(huì)根據(jù)環(huán)境的不同，極化為M1型巨噬細(xì)胞或者M(jìn)2型巨噬細(xì)胞。M1型巨噬細(xì)胞能吞噬并消滅外來(lái)的病原體，促進(jìn)炎癥的發(fā)展，加速細(xì)胞外基質(zhì)降解與細(xì)胞死亡啟動(dòng)Th1型免疫應(yīng)答；M2型巨噬細(xì)胞能促進(jìn)組織修復(fù)和傷口愈合，抑制T細(xì)胞增殖與活化，調(diào)節(jié)Th2型免疫應(yīng)答。同時(shí)這兩種極化狀態(tài)的作用也互相拮抗，它們極化的不平衡在腫瘤、缺血再灌注損傷當(dāng)中起著重要作用。因此，NAD代謝及其底物酶能夠調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化，干預(yù)巨噬細(xì)胞在M1型極化與M2型極化間轉(zhuǎn)換對(duì)各類(lèi)炎性疾病的治療與預(yù)防有重要意義，進(jìn)一步深入研究NAD代謝及其底物酶影響巨噬細(xì)胞極化的詳細(xì)機(jī)制，對(duì)解決腫瘤發(fā)生及缺血再灌注損傷有著重要作用。