韋佳妮 應燕萍 趙慧函 （廣西醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院，南寧 530021）

血紅素加氧酶-1（heme oxygenase-1，HO-1）及其產物能在各種病理性應激狀態(tài)下發(fā)揮重要的抗氧化應激、抗炎癥損傷、調節(jié)細胞凋亡以及血管生成等作用［1］。巨噬細胞是一種高度異質性和可塑性細胞，當機體環(huán)境改變時，可在不同刺激作用下發(fā)生極化。即使巨噬細胞采用了一種表型，但它仍然保持著對新環(huán)境影響做出持續(xù)改變的能力［2］。因此，巨噬細胞極化的可逆性具有重要的治療價值。而近年研究發(fā)現(xiàn)，上調單核巨噬細胞中HO-1 表達可使其從促炎作用轉變?yōu)榭寡鬃饔茫?-4］。本文綜述了HO-1的調控機制及巨噬細胞的極化，并著重討論了HO-1在促進巨噬細胞向M2極化的機制作用及其在多種疾病發(fā)生發(fā)展過程中的作用，以期為多種疾病治療新思路提供理論基礎。

1 HO-1表達的調控機制

HO-1 是一種在細胞應激過程具有細胞保護作用的關鍵因子，而HO-1 基因的調控涉及紅系衍生核因子相關因子2（nuclear factor E2-related factor 2，Nrf2）Nrf2/BTB-CNC 異體同源體1（BTB and CNC ho‐mology 1，Bach1）Bach1/HO-1、NF-κB/iNOS 等細胞內信號轉導通路，是一個極其復雜的過程［5］。在Nrf2/Bach1/HO-1 通路中，HO-1 表達受Nrf2 及其阻遏物的調控，Nrf2 正調控HO-1 表達，Bach1 負調控HO-1表達，Nrf2與Bach1在細胞核內的動態(tài)平衡關系影響HO-1等抗氧化酶的基因轉錄［6-7］。Nrf2 是一種調節(jié)抗氧化、抗炎基因表達的細胞保護因子，其負調控因子Kelch 樣環(huán)氧氯丙烷相關蛋白-1（Kelch-like ECH-associated protein-1，keap1）是Nrf2 在細胞質中的結合蛋白［8］。在生理狀態(tài)下，Nrf2 的Neh2 結構域與Keap1 的DGR 區(qū)結合后位于細胞質中，處于抑制狀態(tài)，當受到胞外氧化應激信號刺激后，Nrf2 與keap-1 解離，轉移到細胞核，進而與抗氧化物元件（anti-inflammatory response element，ARE）結合并誘導其下游抗氧化酶如：HO-1 等高表達，可使機體免受毒性物質侵害［9-10］。因此，調節(jié)Nrf2核易位并增加HO-1的活性可適當?shù)匾种蒲装Y反應的發(fā)生。

2 巨噬細胞極化

巨噬細胞是天然免疫的重要組成部分，在人體正常發(fā)育、組織修復及病原體的免疫反應中起重要作用，其功能動態(tài)變化的過程稱為極化。巨噬細胞處于無刺激或靜息時為M0 型巨噬細胞，當受到激活后可具有M1、M2表型。巨噬細胞的經典M1表型和替代M2 表型激活反映了T 細胞的Th1-Th2 極化，代表巨噬細胞激活動態(tài)變化狀態(tài)的兩個極端［11-12］。其中，M1 型巨噬細胞主要由IFN-γ、脂多糖（lipo‐polysaccharides，LPS）誘導，通過激活Toll 樣受體（Toll-like receptor，TLR）及IFN通路極化，分泌TNF-α、IL-6、IL-1β 等促炎細胞因子，表達CD80、誘導型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase,iNOS）、環(huán)氧化酶2（cyclooxygenase-2,COX2）等，能夠增強抗原提呈能力和殺菌能力，調節(jié)并促進Th1 型免疫應答［13-14］。M2 型巨噬細胞主要由巨噬細胞集落刺激因子（macrophagecolony-stimulating factor，MCSF）、IL-4、IL-13 等刺激活化因子，分泌抗炎細胞因子IL-10、轉化生長因子-β（transforming growth factor-β,TGF-β）、白介素1 受體拮抗劑（IL-1RA）、表達精氨酸酶1（arginine-1，Arg-1）、CD206，抑制T 細胞的增殖和活化，調節(jié)Th2 型免疫應答［15-16］。M2 巨噬細胞可進一步分為4 個不同的亞群，包括M2a、M2b、M2c和M2d。其中，M2a 亞群由IL-4 和IL-13 誘導，產生高水平的CD206、IL-1RA。M2b 表型可通過免疫復合物和TLR 激動劑或IL-1 受體配體刺激誘導，產生抗炎和促炎細胞因子。M2c細胞具有較強的抗炎活性，可被糖皮質激素和IL-10誘導，釋放大量IL-10及TGF-β。M2d 型巨噬細胞可由腺苷或IL-6 誘導極化，IL-10 和血管內皮生長因子的產生增加，TNF-α和IL-12的表達降低［17-18］。

3 HO-1誘導促進巨噬細胞向M2表型極化的分子機制

HO-1 的表達調控及巨噬細胞極化均受微環(huán)境變化刺激、細胞因子和信號級聯(lián)反應介導。誘導HO-1 表達可以抑制NF-κB/MAPK 通路，減少M1 巨噬細胞的極化，激活IL-10/STAT3 和IL-4/STAT6，上調PPAR-γ表達；HO-1還可以上調Nrf2，通過免疫細胞PI3K/Akt通路促進M2巨噬細胞極化。HO-1促進巨噬細胞極化的分子機制如圖1所示。

圖1 HO-1誘導促進巨噬細胞M2表型極化的分子機制圖Fig.1 Molecular mechanism of HO-1-induced M2 pheno?typic polarization of macrophages

3.1 Janus 激酶（JAK）/ 信號轉導及轉錄活化因子（signal trans-duction and activators of transcription，STAT）信號通路 JAK/STAT 信號通路是重要細胞因子信號轉導通路，參與機體免疫失調和腫瘤發(fā)生等過程。JAK由JAK1、JAK2、TYK2和JAK3組成，是一種非受體胞質酪氨酸激酶，可催化磷酸基團向底物蛋白的轉移［19］。STAT 由7 個不同的基因編碼，分別是：STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5A、STAT5B 和STAT6。其中，STAT3 是JAK 的主要信號轉導子之一，在IL-6 的作用下，JAK 被帶入糖蛋白130（gp130）近端，進而使STATs磷酸化［20］。IL-6的表達受HO-1負調控，IL-6誘導細胞中STAT3 磷酸化以及HO-1 的基因表達，通過JAK/STAT3 信號傳導途徑誘導人HO-1 基因表達［21］。有研究報道草屬植物中的黃酮類化合物部分通過抑制IL-6/STAT3 信號通路活化，從而影響HO-1的表達，抑制巨噬細胞M2表型極化［22］。巨噬細胞是IL-10 的潛在來源，IL-10和HO-1 通過正反饋環(huán)相互聯(lián)系，IL-10 刺激可促進STAT3 磷酸化和抗炎基因上調，能使巨噬細胞向抗炎M2 表型轉變［23］。IL-10/STAT3 和IL4/STAT6 分別是M2c 和M2a 表型極化的兩條重要信號通路。STAT6 是調控M2 巨噬細胞極化的關鍵靶點，STAT6信號通過IL-4 及其各膜受體IL-4Rα 結合而被激活，這導致JAK2 的信號轉導和STAT6 磷酸化，然后使其二聚化，磷酸化的STAT6 易位至細胞核并誘導基因轉錄［24］。作為HO-1 的強誘導劑，血紅素對HO-1的誘導可促進IL-4 和STAT6 磷酸化，通過STAT6 磷酸化的IL-4信號誘導過氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxisome proliferators-activated receptors，PPAR-γ）及其激活因子的轉錄，增強M2 表型巨噬細胞的表達［25］。

3.2 NF-κB/MAPK 信號通路 NF-κB 是一種B 細胞特異性轉錄因子，組成包括RelA（p65），RELA、RELB、REL、p50 和p52［26］。在非刺激狀態(tài)下，NF-κB在細胞質中與抑制蛋白IκB 結合，保持靜息狀態(tài)。當受到刺激時，抑制蛋白IκB 被IκB 激酶磷酸化和降解，NF-κB被釋放并轉移到細胞核，與靶基因的啟動子區(qū)域對應點相結合、調控下游相關基因轉錄并觸發(fā)促炎遞質釋放［27］。NF-κB途徑活化與絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）如細胞外調節(jié)激酶（ERK），c-Jun N 端激酶（JNK）和p38的磷酸化有關，MAPK 在調節(jié)巨噬細胞誘導炎癥基因表達的炎癥分子和免疫相關的細胞毒性因子中起重要作用［28］。氧化應激信號通過激活NF-κB/MAPK信號通路在增強炎癥中發(fā)揮重要作用。而Nrf2 和NF-κB 是調節(jié)細胞對氧化應激和炎癥反應的兩個關鍵轉錄因子。研究表明，這兩種重要途徑之間存在功能上的相互作用［29］。NF-κB通過拮抗Nrf2下調HO-1表達，HO-1受NF-κB調控，可抑制NF-κB介導的促炎基因表達［30］。因此，HO-1誘導也被證明通過 NF-κB 的失活抑制促炎癥遞質表達。大量研究表明，天然化合物調節(jié)巨噬細胞極化可作為一種有前景的治療策略。稻瘟散（OR）對LPS 刺激的RAW264.7 細胞中炎癥細胞因子的產生以及iNOS 和COX-2 的表達具有強烈的抑制作用。這些作用歸因于通過抑制IκBα降解、阻斷MAPK 磷酸化及影響HO-1 表達抑制NF-κB 活化［31］。一項研究結果表明MH 乙醇提取物（MHE）通過抑制經由NF-κB 的炎癥遞質產生和MAPK 信號通路抑制和誘導巨噬細胞HO-1表達而發(fā)揮抗炎作用［32］。

3.3 磷酸酰肌醇-3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（AKt）信號通路 巨噬細胞激活是一種嚴格調控的現(xiàn)象，由受體刺激或細胞內調控蛋白引發(fā)的多個信號級聯(lián)反應決定。在不同的信號級聯(lián)反應中，PI3K/Akt途徑及其下游靶點已成為巨噬細胞活化表型的中央調節(jié)因子［33］。Akt 是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，被PI3K 激活。PI3K/Akt 信號通路的激活可以調節(jié)調節(jié)巨噬細胞的分化，遷移和增殖，也可協(xié)調巨噬細胞對不同代謝和炎癥信號的反應，低水平的Akt 信號傳導誘導炎癥M1表型，高水平的Akt活性誘導替代性M2 巨噬細胞［34-35］。先前的研究表明，HO-1 基因表達可通過免疫細胞中的PI3K/Akt 通路上調，可在氧化應激損傷中提供抗凋亡或抗炎作用，抑制PI3K/Akt 激活可抑制HO-1 的表達［36］。PI3K/Akt 通路的激活對于限制TLR 刺激的巨噬細胞的促炎反應和促進抗炎反應至關重要，并且被認為是巨噬細胞中TLR和NF-κB信號的負調節(jié)劑［37］。PI3K/Akt途徑在LPS誘導的巨噬細胞中表現(xiàn)出抗炎作用可作為抗炎藥物的潛在靶點。在LPS 激活的巨噬細胞中，α7 煙堿乙酰膽堿受體（α7nAChR）通過蛋白激酶A的激活介導HO-1 的誘導，并刺激PI3K 的活性。由此產生的Nrf2 核易位誘導HO-1 表達［38］。因此，PI3K/Akt 可作為上游信號分子激活Nrf2，誘導HO-1表達并促進巨噬細胞向M2 表型極化，從而增強細胞防御炎癥和氧化損傷的防御系統(tǒng)。

4 HO-1 表達調節(jié)巨噬細胞極化，參與多種疾病的發(fā)生發(fā)展

由于HO-1 具有細胞類型特異性的免疫調節(jié)作用，靶向上調髓系細胞中HO-1 的表達可能是一種直接的抗炎治療。越來越多的證據表明，特異性誘導HO-1 可以減輕炎癥反應。當心、肝、肺、腎等臟器損傷時，HO-1 表達調節(jié)可使巨噬細胞向M2 表型極化，發(fā)揮其組織保護作用。研究發(fā)現(xiàn)，將含HO-1基因的腺病毒轉染巨噬細胞（Ad-HO-1-Mφ）移植到大鼠急性心肌梗死區(qū)后仍能高表達HO-1 蛋白并顯著減輕梗死區(qū)的炎癥和氧化應激水平［39］。骨髓特異性HO-1 基因表達驅動巨噬細胞向M2 抗炎表型極化并保護肝臟缺血灌注再損傷（ischemia-reperfu‐sion injury，IRI），其缺乏會促進M1 型極化，加劇肝臟IRI［40］。野生型小窩蛋白-1 腳手架區(qū)結構域（CSD）多肽可增加HO-1 活性并促進肺泡巨噬細胞（alveolar macrophage，AM）由M1 表型向M2 表型轉化，抑制促炎因子表達，可治療LPS引起的急性肺損傷（acute lung injury，ALI）［41］。在急性腎損傷（acute kidney injury，AKI）和進行性慢性腎臟病中可在腎小球及腎間質中檢測到巨噬細胞浸潤，且巨噬細胞可根據腎臟微環(huán)境變化，在促炎表型和抗炎表型之間進行轉化從而影響腎臟損傷疾病轉歸［42］。一些感染性疾病如哮喘、慢性阻塞性肺疾病、寄生蟲感染等，在感染期間，常駐組織巨噬細胞和炎癥單核細胞從血液中并分化為巨噬細胞，誘導聚集炎癥以促進機體清除病原體。巨噬細胞在許多慢性炎癥和自身免疫性疾病的發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用。其中，M1 巨噬細胞中的許多炎癥細胞因子，已被確定為慢性炎癥和自身免疫性疾病的重要介質和驅動因素［43］。近十年的研究表明，巨噬細胞具有促腫瘤功能，與腫瘤進展密切相關［44］。腫瘤相關巨噬細胞（tumor-associated macrophages，TAMs）大量浸潤大多數(shù)實體腫瘤，可通過刺激增殖、血管生成、轉移和提供抗腫瘤免疫屏障而促進腫瘤進展［45］。人類腫瘤樣本的研究顯示，在許多惡性腫瘤中，M2 表型的巨噬細胞密度較高，且與較差的臨床預后密切相關。據報道，利用免疫細胞對抗腫瘤的癌癥免疫療法被證明是抗擊癌癥的有力武器，浸潤性TAMs 本身或TAMs 極化通路被認為是治療惡性腫瘤的新靶點，并越來越多地應用于臨床［46］。從自身免疫到心血管病理，從感染性疾病到癌癥，巨噬細胞都是廣泛的疾病中的主要參與者。因此，研究巨噬細胞極化的可逆性可為多種疾病的干預和治療提供新思路。

5 小結與展望

巨噬細胞在免疫系統(tǒng)中發(fā)揮著關鍵作用，在一定的穩(wěn)態(tài)和病理條件下經歷一系列功能激活狀態(tài)。巨噬細胞具有高度的異質性和可塑性，其表型和功能可在不同微環(huán)境中進行動態(tài)轉換，既可以通過產生促炎細胞因子的Th1 反應促進炎癥（M1 表型巨噬細胞），也可以通過產生抗炎細胞因子的Th2反應抑制炎癥（M2 表型巨噬細胞）。巨噬細胞在多種疾病中既有保護作用，又有致病作用。共同證據表明，巨噬細胞在局部環(huán)境中分化、極化、復極化和活化的變化在多種自身免疫性和炎癥性疾病的發(fā)病機制中起決定性作用。當感染或炎癥嚴重時，巨噬細胞首先表現(xiàn)為M1 表型，針對刺激釋放TNF-α 等促炎介質，但如果M1 期持續(xù)，可能會造成組織損傷。此時，M2巨噬細胞分泌抑炎因子，抑制炎癥反應，促進組織修復、重塑、血管生成和維持體內平衡。HO-1屬于巨噬細胞表達的抗炎基因，HO-1上調能促進巨噬細胞向M2 表型極化，發(fā)揮抗炎作用，參與多種疾病的發(fā)生發(fā)展。說明靶向誘導HO-1 可能在臨床上具有極大的治療潛力，HO-1介導的巨噬細胞極化治療策略對治療疾病具有可能性，但還需要在臨床中進行更深入的研究。