張兵霞, 陳詩琪, 陳 杰, 劉雋煒

華中科技大學(xué)同濟醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院心臟大血管外科,武漢 430022

腹主動脈瘤(abdominal aortic aneurysm,AAA)是指超過正常主動脈直徑50%以上的局部擴張,最常累及腎下部。流行病學(xué)調(diào)查顯示,我國AAA患者已超過百萬,其發(fā)病率和檢出率呈快速增長趨勢[1]。其中,每年有2.2%的AAA患者發(fā)生主動脈破裂,破裂后其死亡率可高達81%[2-3]。目前AAA除手術(shù)治療外,尚無明確藥物可有效防止其擴張或破裂,因此探索新的治療方法至關(guān)重要。

AAA病理表現(xiàn)主要為管壁炎性細胞浸潤、血管平滑肌細胞(vascular smoothmuscle cells,VSMCs)凋亡、彈力蛋白降解。有多項研究報道,巨噬細胞在人或動物的AAA標本中存在聚集現(xiàn)象[4-5],主要位于血管外膜。主動脈血管壁中巨噬細胞來源分為兩部分:血液中單核細胞滲入組織后分化而來和組織駐留巨噬細胞[6]。巨噬細胞普遍存在Ml、M2兩種類型。M1型巨噬細胞促進炎癥,而M2型具有抗炎作用,兩種亞型之間的極化平衡對于調(diào)節(jié)慢性炎癥具有重要作用。不同表型之間的轉(zhuǎn)化貫穿于AAA發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)歸過程。巨噬細胞可通過調(diào)節(jié)自身極化從而起到促進或緩解炎癥的作用,影響AAA的損傷與修復(fù)平衡,在AAA的發(fā)病機制中起到重要作用。本綜述重點介紹了巨噬細胞極化對AAA的影響,并總結(jié)了巨噬細胞的起源及其在AAA中的作用,強調(diào)了以巨噬細胞為靶點的方法在治療AAA中的潛在應(yīng)用。

1 巨噬細胞的來源

多年來,研究人員普遍認為組織中的巨噬細胞來自于循環(huán)中骨髓來源的單核細胞,這些單核細胞滲入組織,發(fā)育為組織巨噬細胞。巨噬細胞的募集過程受到炎癥調(diào)節(jié),感染和炎癥使組織中巨噬細胞數(shù)量增加。但最近研究表明,組織巨噬細胞之間形態(tài)和功能的差異提示這些細胞可能不止來源于循壞單核細胞[7]。事實上,組織巨噬細胞分為兩類,分別是從循環(huán)中募集而來的巨噬細胞和組織駐留巨噬細胞。從循環(huán)中募集而來的巨噬細胞介導(dǎo)炎癥,而組織駐留巨噬細胞介導(dǎo)組織修復(fù)。這兩種不同巨噬細胞群體在成年小鼠組織中共存,具有不同的祖細胞、發(fā)育歷程、周轉(zhuǎn)和維持機制。最近研究表明,組織駐留巨噬細胞來源于卵黃囊來源的紅細胞-髓系祖細胞[8],獨立于骨髓祖細胞[6,9-10],成年后可維持自我更新[11]。這種胚胎起源和穩(wěn)態(tài)自我維持也適用于心臟駐留巨噬細胞[12]和血管駐留巨噬細胞[13]。據(jù)報道,動脈瘤的主動脈巨噬細胞比對照組的主動脈巨噬細胞增殖指數(shù)更高[14]。因此,在研究動脈瘤發(fā)展的過程中,近年來新發(fā)現(xiàn)的血管駐留巨噬細胞具有重要意義。

2 巨噬細胞極化

巨噬細胞對先天免疫系統(tǒng)至關(guān)重要。巨噬細胞通常存在兩個不同的子集:①經(jīng)典激活的巨噬細胞(M1型巨噬細胞),它們是促炎型巨噬細胞,通過脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)單獨激活而極化或與Th1細胞因子(如IFN-γ)結(jié)合而極化。M1型巨噬細胞分泌促炎細胞因子,如TNF-α、IL-1α、IL-1β、IL-6、IL-12、IL-23、環(huán)氧合酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)和少量IL-10等[15];②交替活化的巨噬細胞(M2型巨噬細胞),它們具有抗炎和免疫調(diào)節(jié)的作用,由Th2細胞因子(如IL-4和IL-13)刺激而極化生成,并產(chǎn)生抗炎細胞因子如IL-10、CD206、Arg-1和TGF-β等。

M1型和M2型巨噬細胞的獨特性在于其表面標志物、功能和分化原因。M1型基于CD40、CD80、CD83和CD86的表達而分化,而M2型則表達CD204、CD163和CD206[16-18]。有趣的是,Gerrick等[19]的研究表明,傳統(tǒng)的巨噬細胞極化刺激,如IL-4和IL-13,不足以產(chǎn)生具有完整M2型表達譜的巨噬細胞,還需要內(nèi)毒素的參與。M1型和M2型巨噬細胞在疾病發(fā)展過程中具有不同的功能。巨噬細胞平衡極化是巨噬細胞在特定組織微環(huán)境中遇到刺激時,做出表型和功能性反應(yīng)的過程[20],決定著炎癥或損傷反應(yīng)的走向。當器官遭遇嚴重感染或炎癥時,巨噬細胞首先表現(xiàn)出M1表型,釋放針對刺激的TNF-α,IL-1β,IL-12和IL-23。但是,如果M1極化繼續(xù)進行,則可能導(dǎo)致組織損傷。因此,M2型巨噬細胞分泌大量IL-10和TGF-β以抑制炎癥,幫助組織修復(fù)、重塑、血管生成并保持體內(nèi)平衡。

此外,M1和M2巨噬細胞代謝模式不同[21-22]。M1型巨噬細胞主要依賴糖酵解產(chǎn)生能量,而三羧酸循環(huán)受損,氧化磷酸化減少。相比之下,M2型巨噬細胞代謝特點是高水平的氧化磷酸化。

根據(jù)環(huán)境的激活刺激,M2型進一步分為4個不同的亞群,包括M2a(由IL-4或IL-13刺激產(chǎn)生)、M2b(由免疫復(fù)合物聯(lián)合IL-1β或LPS刺激產(chǎn)生)、M2c(由IL-10、TGF-β或糖皮質(zhì)激素刺激產(chǎn)生)和M2d(由TLR和腺苷A2A受體激動劑刺激產(chǎn)生)[23-24]。M2a巨噬細胞通過分泌TGF-β、纖維連接蛋白在細胞外基質(zhì)的形成和組織修復(fù)中發(fā)揮重要作用。M2b巨噬細胞通過分泌促炎細胞因子(IL-1β、IL-6和TNF-α)以及抗炎細胞因子IL-10來抑制炎癥免疫反應(yīng)。M2c巨噬細胞通過CD163的表達,并分泌高水平的TGF-β和IL-10,參與抗炎和凋亡細胞碎片的識別和清除[25]。最后,M2d巨噬細胞(腫瘤相關(guān)的M2)具有血管內(nèi)皮生長因子和IL-10標記物,負責血管生成和轉(zhuǎn)移。另外,巨噬細胞在受到額外刺激時,可產(chǎn)生新表型,例如由血紅蛋白誘導(dǎo)的出血相關(guān)巨噬細胞[26]、由氧化磷脂刺激激活的巨噬細胞[27]、由趨化因子配體4誘導(dǎo)激活的M4巨噬細胞[28]和腫瘤相關(guān)巨噬細胞等[29]。

3 巨噬細胞極化在AAA中的作用

巨噬細胞滲入主動脈組織,積聚于動脈瘤主動脈壁,在組織損傷反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用。有文獻報道,巨噬細胞可能通過NF-κB[30-31]和ERK1/2通路[32]來影響AAA。AAA早期主要是M1型巨噬細胞積聚導(dǎo)致炎癥反應(yīng),后期M2型巨噬細胞增加,分泌抗炎因子和TGF-β促進成纖維細胞激活進一步增加膠原形成,從而起到修復(fù)作用。但新近對C57BL/6J小鼠的腎下腹主動脈進行單細胞RNA測序的研究結(jié)果表明,炎癥的消退和血管修復(fù)在AAA發(fā)展過程中持續(xù)存在[33],這提示巨噬細胞極化貫穿AAA發(fā)展始終。Michel等[34]認為,巨噬細胞主要聚集在外膜和腔內(nèi)血栓(intraluminal thrombus,ILT),腹主動脈瘤中血小板表達的P-選擇素與外膜中性粒細胞和巨噬細胞表達的P-選擇素糖蛋白配體1結(jié)合,導(dǎo)致ILT中性粒細胞和巨噬細胞的滯留。另外,Li等[35]證明傳統(tǒng)T細胞產(chǎn)生的粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony stimulating factor,GM-CSF)通過上調(diào)干擾素調(diào)節(jié)因子5增強M1型巨噬細胞的極化,并加速AAA的形成。Zhang等[36]的研究表明,在小鼠主動脈中,SIRT1缺乏會增加促炎性M1分子誘導(dǎo)型一氧化氮合酶,并減少M2分子如Arg1和甘露糖受體。因此,巨噬細胞特異性敲除SIRT1會影響巨噬細胞極化并加速AngⅡ誘導(dǎo)的AAA形成。

在過去十年中,表觀遺傳修飾已成為免疫細胞表型的重要調(diào)節(jié)因子。m1A“閱讀器”YTHDF3可能參與調(diào)節(jié)促進主動脈炎癥的巨噬細胞極化,并通過調(diào)節(jié)其靶基因的表達來影響AAA發(fā)展[37]。越來越多的研究揭示了表觀遺傳酶在關(guān)鍵信號通路的動態(tài)調(diào)節(jié)中的重要性,這些通路改變了響應(yīng)環(huán)境刺激的單核細胞/巨噬細胞表型[38]。因此,巨噬細胞在腹主動脈瘤形成中起到了重要的作用。

3.1 M1對AAA的促進作用

M1型巨噬細胞通過分泌炎性因子促使主動脈瘤的形成,還可以通過促進MMP-9分泌破壞主動脈細胞外基質(zhì)[39],加重主動脈瘤。細胞因子是炎癥反應(yīng)的重要介質(zhì),也是主動脈壁各種免疫和非免疫細胞的重要調(diào)節(jié)因子。有報道稱,TNF-α缺乏降低了MMP-2和MMP-9的表達,并減少了巨噬細胞對主動脈組織的浸潤。該研究結(jié)果表明,阻斷TNF-α可以抑制小鼠動脈瘤形成[40]。然而,Batra等[26]發(fā)現(xiàn),IL-1β同樣作為炎性細胞因子,其對動脈瘤形成和巨噬細胞極化的影響與TNF-α不同?？赡艿脑蚴?主動脈瘤患者中,TNF-α的表達量高于IL-1β,且IL-1β不能阻斷M1型的極化,具體的機制還需要深入研究。Akerman等[41]證實另一種炎癥因子IL-6可以通過STAT3轉(zhuǎn)錄因子刺激VMSCs產(chǎn)生單核細胞趨化蛋白-1(monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1),從而促進單核/巨噬細胞的聚集和成熟。除炎癥細胞因子外,Xie等[42]的研究發(fā)現(xiàn),趨化因子CCL7通過CCR1/JAK2/STAT1信號通路促進巨噬細胞M1型極化,加重了AngⅡ誘導(dǎo)的AAA。

據(jù)文獻報道,巨噬細胞中Netrin-1靶向缺失可減少其受體Negenin-1誘導(dǎo)的細胞內(nèi)鈣通量,降低MMP-3活性,從而減輕細胞外基質(zhì)的損傷和保護小鼠免受AAA的侵襲[43]。此外,一項體外研究表明M1型巨噬細胞高表達半乳糖凝集素3(Galectin-3,Gal-3),抑制Gal-3顯著降低巨噬細胞誘導(dǎo)的炎癥調(diào)節(jié)因子,包括IL-8、TNF-α和IL-1β和MMP-9,這說明炎性巨噬細胞可被Gal-3激活,從而促進AAA進展[44]。Vandestienne等[45]發(fā)現(xiàn)髓樣細胞上表達的觸發(fā)受體1基因缺失可減輕主動脈炎癥反應(yīng),降低IL-1β、TNF-α、MMP-2和MMP-9的表達,減少Ly6chi經(jīng)典單核細胞的轉(zhuǎn)運,導(dǎo)致巨噬細胞募集減少,進一步限制AAA的發(fā)展。Sun等[46]通過長非編碼RNAH19(LncRNAH19)與巨噬細胞標志物MAC-2共染色,發(fā)現(xiàn)H19定位于血管平滑肌細胞和浸潤的主動脈巨噬細胞。體內(nèi)過表達H19增加了血管炎癥和誘導(dǎo)AAA的形成,這與IL-6和MCP-1的表達以及巨噬細胞的浸潤有關(guān)。

3.2 M2對AAA的修復(fù)作用

巨噬細胞極化可以調(diào)節(jié)炎癥,影響炎癥相關(guān)疾病的發(fā)展和預(yù)后。多項研究表明,使巨噬細胞向M2極化,可以限制AAA的擴張。

MicroRNAs被證明可以調(diào)節(jié)AAA小鼠模型的巨噬細胞功能。例如,miRNA-24靶向幾丁質(zhì)酶3樣1,抑制巨噬細胞的募集和存活,以及抑制巨噬細胞產(chǎn)生IL-8和CCL2,從而限制炎癥改善AAA[47]。有報道稱,體內(nèi)過表達miR-144-5p可顯著減輕AngⅡ誘導(dǎo)的ApoE-/-小鼠主動脈擴張和彈性降解,通過使巨噬細胞極化為M2型,降低AAA的發(fā)生率和提高存活率[48]。此外,miR-33缺乏導(dǎo)致M1基因表達減少,蛋白水解酶活性降低,減少巨噬細胞滲入主動脈壁和AAA的形成[49]。最近,Chen等[50]研究表明,在體外,miR-223促進骨髓源性巨噬細胞向M2型極化。在實驗性AAA模型中,miR-223負載納米顆粒顯著降低M1巨噬細胞比例,減少相關(guān)促炎細胞因子的產(chǎn)生,降低了AAA的發(fā)生率。

基于抗炎因子在巨噬細胞極化中的作用,可通過給予抗炎細胞因子治療,改善AAA。Li等[51]發(fā)現(xiàn)IL-33治療顯著減少了AAA病變巨噬細胞的浸潤,促進病變巨噬細胞向M2表型的極化,減少了病變細胞因子和趨化因子的表達,從而限制了AAA的發(fā)展。研究表明,使用非免疫原性載體系統(tǒng)上調(diào)IL-10可降低AAA的生長和夾層形成速度[52-53]。Sudhahar等[54]發(fā)現(xiàn)IL-18缺失通過骨橋蛋白的作用顯著減弱AngⅡ/BAPN誘導(dǎo)的巨噬細胞浸潤,減少巨噬細胞極化為M1型和MMP活化,減輕腹主動脈瘤的形成。此外,CD31的缺失增強了巨噬細胞的促炎極化,而CD31激動劑P8RI在體外和體內(nèi)都有利于修復(fù)型巨噬細胞。CD31信號促進促炎巨噬細胞向修復(fù)表型的轉(zhuǎn)變,并有利于實驗性解剖主動脈的愈合[55]。這些研究表明IL-33、IL-10、IL-18、CD31等炎癥因子可使巨噬細胞向M2型極化,對腹主動脈瘤的形成起緩解作用。

Hans等[56]的研究發(fā)現(xiàn),Notch1單倍體不足可誘導(dǎo)M2極化,且可通過差異調(diào)節(jié)M1/M2極化導(dǎo)致巨噬細胞遷移和增殖缺陷,減輕主動脈中炎癥反應(yīng),抑制AAA的形成[57]。隨后,Ni等[58]發(fā)現(xiàn),血管內(nèi)源性生物活性肽中間體(intermediates,IMD)在體外抑制M1遷移并調(diào)節(jié)巨噬細胞極化,過表達IMD顯著降低CaCl2誘導(dǎo)的AAA發(fā)病率。作者通過使用小分子抑制劑證明,IMD通過IMD受體和PI3K/Akt通路抑制Notch1信號介導(dǎo)的炎癥反應(yīng),從而抑制AAA的發(fā)展。Liu等[59]通過免疫熒光染色和免疫印跡分析證明,嗜酸性粒細胞通過釋放IL-4和陽離子蛋白來調(diào)節(jié)巨噬細胞和單核細胞極化并阻斷主動脈炎癥細胞和血管細胞中的NF-κB活化,在AAA中發(fā)揮保護作用。Zhou等[60]發(fā)現(xiàn),小鼠骨髓間充質(zhì)干細胞(BM-MSCs)及其衍生條件培養(yǎng)液(MSCs-CM)治療減少了第14天主動脈瘤(aortic aneurysm,AA)組織中的M1型巨噬細胞浸潤,增加M2型表達。

3.3 靶向巨噬細胞極化的AAA藥物治療

實驗表明,給予硝基油酸可部分通過激活過氧化物酶體增殖物激活受體-γ來減少由各種生物刺激引起的原代和巨噬細胞系的炎癥、細胞因子分泌和細胞遷移,從而起到保護AAA的作用[61]。還有研究表示,托吡酯治療在體內(nèi)和體外顯著促進巨噬細胞的存活,并將M1轉(zhuǎn)化為M2巨噬細胞表型。托吡酯靶向神經(jīng)免疫誘導(dǎo)的巨噬細胞極化可能會減弱實驗性腹主動脈瘤的進展[62]。孟魯司特、半胱氨酸白三烯受體1拮抗劑被證明可誘導(dǎo)M2極化并抑制小鼠主動脈瘤的形成[63]。TROVE2通過雌激素誘導(dǎo)腹主動脈瘤中的巨噬細胞極化增強抗炎作用[64]。細胞滲透性肽(S1)有利于抗炎M2巨噬細胞和收縮性VSMC表型,抑制主動脈中的STAT1/3活化,下調(diào)細胞因子、金屬蛋白酶并改變細胞分化標志物的表達[65]。柚皮素(一種天然存在的柑橘類黃酮)誘導(dǎo)GATA3、IRF4和STAT6的TFEB依賴性轉(zhuǎn)錄激活,因此促進了修復(fù)性M2巨噬細胞極化,有效地阻止了AAA的形成和已形成的AAA的進展[66]。葡萄籽多酚給藥抑制CaPO4誘導(dǎo)的AAA形成,這與巨噬細胞浸潤減少和血管平滑肌層保留有關(guān)[67]。α-半乳糖神經(jīng)酰胺(alpha-galactose ceramide,αGC)給藥后,主動脈組織中Arg-1和抵抗素樣分子α的基因表達顯著升高。αGC通過誘導(dǎo)抗炎M2極化狀態(tài)減弱小鼠中AngⅡ介導(dǎo)的AAA[68]。

綜上所述,維持M1/M2的平衡在AAA的形成、發(fā)展以及修復(fù)過程中可減少巨噬細胞浸潤,緩解炎癥反應(yīng)并促進纖維膠原修復(fù)主動脈壁。早期M1型巨噬細胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)持續(xù)存在是血管壁損傷的病理條件,而M2極化不足是AAA進一步發(fā)展的原因。由此可知,巨噬細胞的極化可以作為治療AAA的潛在靶點,關(guān)于巨噬細胞極化影響AAA的形成和發(fā)展的具體機制值得進一步研究。

4 總結(jié)與展望

誘導(dǎo)巨噬細胞向M2型極化可減少巨噬細胞滲入主動脈壁,抑制AAA發(fā)展。雖然調(diào)控巨噬細胞極化是AAA治療的一條誘人途徑,但巨噬細胞在體內(nèi)的極化過程受多因素影響,非常復(fù)雜,疾病中巨噬細胞的作用及亞群劃分并非完全清楚。此外,AAA的多種動物模型都存在缺陷,通過動物模型和患者進行進一步的研究,確定巨噬細胞極化在AAA中確切作用的研究還面臨很多挑戰(zhàn)。但隨著技術(shù)進步,人們對巨噬細胞在人類疾病中作用的理解日益加深,未來的治療前景仍是樂觀的。