巨噬细胞与肺纤维化的相关研究进展＊

王莹莹，曾小虎，李瑞琴

(1.河南中医药大学基础医学院 郑州 450000；2.河南中医药大学中医药科学院 郑州 450000)

肺纤维化(pulmonary fibrosis，PF)是一种广泛的异致性终末期的慢性间充质性肺疾病，其特征是细胞外基质过度沉积和肺实质破坏。由于遗传易感性和各种环境风险因素包括病毒，细菌，香烟烟雾，木屑，石屑等引起的刺激而引起肺泡上皮细胞损伤、成纤维细胞增殖、成纤维细胞向肌成纤维细胞转化和胶原的形成并引起病理性的细胞外基质沉积，降低肺的顺应性，导致气体交换受阻、肺功能急剧下降、呼吸困难等器官功能障碍，最终发展成为呼吸衰竭而危及生命的纤维化间充质疾病[1]。近些年对PF治疗的研究有了深入的发展，但是对于PF发病机制的认识仍不十分清楚。

近年来有研究表明巨噬细胞参与肺纤维化的病理过程[2]。巨噬细胞在人体组织器官中分布广泛，在体内平衡的发展、代谢和维持中起关键作用。在疾病中，肺泡巨噬细胞(Alveolar macrophages，AM)有着广泛的作用，它们通过响应气体、悬浮微粒、微小粒子的应激激发了炎症反应和免疫应答，并且参与纤维化和肉芽肿的进程导致肺泡和气道重塑和肺功能障碍。肺泡巨噬细胞可以分化成M1型巨噬细胞(classically activated macrophages)和M2型巨噬细胞(alternatively activated macrophages)，M1型和M2型巨噬细胞都参与肺纤维化的病理机制，有研究表明，M1型巨噬细胞在伤口修复中起着重要作用，它具有较强的促炎、抗原摄取的作用，M2型巨噬细胞在肺纤维化的区域的主要浸润作为纤维形成的重要调节器[3]。

1 肺纤维化中巨噬细胞的来源

在胚胎发育过程中，胎肺既包含卵黄囊来源的胎儿巨噬细胞，也包含胎儿肝来源的单核细胞[4]。Van De Laar L[5]等人的研究表明，将成熟的腹膜巨噬细胞和肝巨噬细胞经移植转入小鼠肺内后，成熟的肺泡巨噬细胞(AMs)表型从肺泡巨噬细胞而非腹膜和肝巨噬细胞获得。肺泡巨噬细胞是长期存活的细胞，在正常情况下，肺泡巨噬细胞通过原位自身增殖而不是依赖于骨髓来源的单核细胞，而在肺泡巨噬细胞损伤时，骨髓来源的单核细胞可以分化成单核细胞补充肺泡巨噬细胞[6]。同时观察到肺巨噬细胞是长期存活的细胞，它们不能从循环中被取代，并且由它们的局部环境所塑造，这可能会对我们对肺部疾病，尤其是肺纤维化的看法产生深远的影响。

在肺纤维化过程中，巨噬细胞活化的多种标志物已经被证明是上调的，并且研究了巨噬细胞M1和M2亚型的作用。M1型巨噬细胞通过诱导型一氧化氮合酶(iNOS)产生反应性一氧化氮(NO)，通过产生IL-1b、IL-12b、IL-23、TNFα等促炎细胞因子，参与宿主对细胞内病原体的防御。相反，M2型巨噬细胞可由大量介质如IL-4、IL-13、TGF-β和IL-10诱导[7]，M2型巨噬细胞在纤维化过程中参与异常的伤口愈合级联反应，因为它们产生促纤维化细胞因子，它们的数量在纤维化疾病中升高，并且它们能够招募纤维细胞[8]。

图1 巨噬细胞极化在肺纤维化中的作用

2 巨噬细胞在肺纤维化中的作用

巨噬细胞在原有的吞噬细菌能力的基础外，还参与伤口修复的过程，其中，M1型巨噬细胞主要以促使炎症反应为主，M2型巨噬细胞具有较强的抗炎活性，M2型巨噬细胞在伤口愈合和纤维化中起到重要作用[9]，同时M2型巨噬细胞还可以拮抗M1巨噬细胞的活性，这对于激活伤口愈合反应和恢复组织稳态有着至关重要。同时也有研究表明，M1型巨噬细胞在组织修复中可以转化成具有抗炎活性的M2型巨噬细胞[10]。

M2型巨噬细胞产生一些生长因子，如：转化生长因子(TGF-β1)和血小板源(platelet derived growth factor，PDGF)刺激上皮细胞和成纤维细胞的生长[11]。巨噬细胞来源的TGF-β1通过促进成纤维细胞分化成为肌成纤维细胞，增强金属蛋白酶组织抑制剂(TIMPs)的表达来阻止组织细胞外基质(ECM)的降解以及直接刺激间质纤维胶原的合成，从而促进组织再生和伤口修复。巨噬细胞源性PDGF也会刺激产生ECM的成肌纤维细胞活化增殖[12]。其中，在肺纤维化中，成纤维细胞和α-SMA+肌成纤维细胞的积累在很大程度上导致了肺泡结构内胶原蛋白的产生[13]，肺部间充质干细胞(LR-MSC)被确定为肺纤维化中成纤维细胞活化的重要贡献者，通过流式细胞术确定，发现博来霉素所致的小鼠的纤维化肺中募集的巨噬细胞主要是M2型巨噬细胞，同时，发现M2型而非M1型巨噬细胞促进了LR-MSC的成纤维细胞分化以及α-SMA的高表达，表明了M2型巨噬细胞是肺纤维化的关键靶标[14]。

3 M 2型巨噬细胞的相关靶点与肺纤维化

肺泡巨噬细胞是存在于肺泡腔内的主要巨噬细胞亚群之一，在肺组织中占有较高的比例，而且是重要的免疫细胞。肺泡巨噬细胞在不同的微环境下可以极化成M1型和M2型巨噬细胞，且M2型巨噬细胞在肺纤维化中起到关键作用。下面将从细胞因子、外泌体等方面探讨M2型巨噬细胞在肺纤维化治疗中的作用

3.1 腺苷受体A2B(ADORA2B)

腺嘌呤核苷腺苷(Adenine adenosine)在细胞代谢和能量学中起主要作用，细胞外腺苷是一种信号分子，响应细胞损伤而产生，可以调节组织损伤和修复[15]。研究表明，IPF患者和小鼠肺损伤模型中腺苷水平升高与炎症和纤维化增加相关，腺苷其作用由四种不同的G蛋白偶联受体介导，其生理功能是通过与四种特异性跨膜受体ADORA1、ADORA2A、ADORA2B和ADORA3相互作用介导的。其中ADORA2B的激活已被证明导致慢性肺部疾病的发生，包括炎症、纤维化和组织重塑，且腺苷通过A2A和A2B受体促进替代性巨噬细胞(M2型巨噬细胞)活化[16]。从髓样细胞中删除ADORA2B可减轻肺纤维化和肺动脉高压。有研究表明，在小鼠博来霉素引起的损伤和原发性肺纤维化患者的模型研究中，抑制缺氧诱导因子1-α(HIF1α)可以减轻肺纤维化并降低ADORA2B在交替激活的巨噬细胞中表达[17]，基于这些研究结果，可以提出腺苷受体作为巨噬细胞在肺组织损伤修复中极化成M2型巨噬细胞而高表达的信号分子，为肺纤维化的治疗提供了新的治疗靶点。

3.2 S100A4

S100A4，也称为成纤维细胞特异性蛋白-1(FSP-1)，是小Ca2+结合蛋白家族的成员，作为细胞内分子，具有广泛的细胞生物学功能，如调节血管生成，细胞迁移、侵袭、增殖或转移[18]。S100A4是成纤维细胞的标志物，并在不同组织(如肝脏，心肌，肾脏和肺)中显示出促进纤维化[19-21]。研究发现，S100A4由M2极化的肺泡巨噬细胞产生和分泌，并增强了肺成纤维细胞的增殖和活化[22]。在人支气管肺泡灌洗液中发现，S100A4+巨噬细胞的数量与患者S100A4蛋白水平和特发性肺纤维化(IPF)的发生密切相关，IPF组的支气管肺泡灌洗液中细胞外S100A4蛋白水平比非IPF对照组高约4倍。博莱霉素诱导的肺纤维化小鼠模型显示，炎症期S100A4+巨噬细胞是细胞外S100A4的主要来源。同时，体外研究表明，细胞外S100A4可以通过上调α-SMA和COL I激活小鼠和人的肺成纤维细胞，增加鞘氨醇-1-磷酸(S1P)的表达，抑制S1P受体亚型S1P1/S1P3可消除成纤维细胞的激活[20]。因此，S100A4的缺失或中和作用显著降低了博莱霉素诱导的体内肺纤维化。综上所述，S100A4由M2极化的肺泡巨噬细胞产生和分泌的成纤维细胞的标志物，故肺内细胞外S100A4或S100A4+巨噬细胞是IPF早期临床诊断标志物，且阻断S100A4可能有利于将来治疗肺纤维化的希望靶点。

3.3 S1PR2

鞘氨醇-1-磷酸(S1P)是五元家族脂质鞘氨醇-1-磷酸受体(S1PR)的天然活化配体，通过S1P特异性G蛋白偶联受体(S1PR1-S1PR5)的5个成员调节胚胎发育、血管形成、血管屏障完整性和淋巴细胞转运等生物学过程[23]。研究广泛的是S1PR1和S1PR3，但研究发现S1PR2对单核巨噬细胞和肥大细胞的迁移有独特的抑制作用，对肌成纤维细胞的分化有促进作用，对血管屏障的完整性有保护作用[24]。在IPF患者中，随着肺组织中S1P合成酶鞘氨酸激酶-1(SphK1)表达的增加，血清和支气管肺泡灌洗液(BALF)中的S1P浓度会升高[25]。研究表明博莱霉素给药后，S1PR2参与肺巨噬细胞中纤维化细胞因子IL-13的产生和STAT6磷酸化反应。且在表达S1PR2的几种不同的肺细胞类型(巨噬细胞、血管内皮和成纤维细胞)中，研究表明骨髓衍生细胞(巨噬细胞)中的S1PR2有助于肺纤维化。S1pr2的基因缺失通过涉及增强对纤维化细胞因子IL-13应答的机制，显着抑制了博来霉素诱导的肺纤维化[26]。这些发现表明，靶向S1PR2可能为肺纤维化提供一种新颖的治疗策略。

3.4 泛素编辑酶A20

泛素编辑酶A20(也称为诱导蛋白TNFAIP3)是一种广泛表达且可诱导的胞质蛋白，响应于包括肿瘤坏死因子(TNF-α)在内的不同刺激而负调节NF-κB依赖性基因的表达。有研究表明，慢性肺损伤使泛素编辑酶A20失活，导致PF患者和小鼠的肺泡巨噬细胞(AM)中转录因子C/EBPb逐渐积累，从而上调了许多免疫抑制和促进肺纤维化发展的因素。响应慢性肺损伤，升高的糖原合酶激酶3b(GSK-3b)与A20相互作用并被磷酸化，从而抑制C/EBPb降解。通过干扰A20-GSK-3b相互作用、A20的异位表达或恢复A20药理学的活性可加速C/EBPb降解，并显示出对实验性PF的有效治疗功效[27]。由于GSK-3b和A20相互作用增强了AMs中转录因子C/EBPb的活性，上调了促进PF发育的多种纤维化因子，因此干扰GSK-3b-A20-C/EBPb轴可能是治疗肺纤维化的一种有前途的治疗策略。

3.5 Fra-2/Col VI纤维化轴

转录因子AP-1由Jun(c-Jun，JunB，JunD)和Fos蛋白(c-Fos，FosB，Fra-1，Fra-2)组成，它们控制多种应激反应，包括细胞增殖，凋亡，炎症，伤口愈合和癌症。AP-1转录因子Fra-2在IPF肺切片中上调，并且Fra-2转基因小鼠(Fra-2Tg)表现出自发性肺纤维[28]。研究表明Fra-2和ColVI在人IPF肺巨噬细胞中共表达，并在间质性肺病中特异性增加和相关，但在炎症性COPD中却不相关，这表明Fra-2和ColVI的共表达比I型胶原可能是肺纤维化更好的生物标志物，在两种疾病中都增加。Fra-2或Col VI失活不会影响巨噬细胞募集和替代激活，这表明Fra-2/Col VI可以特异性控制巨噬细胞的旁分泌纤维化活性。Fra-2/AP-1抑制剂的治疗性给药可降低Col VI表达并改善Fra-2 Tg小鼠和博来霉素模型中的纤维化。最后，Fra-2和Col VI在IPF患者样品中呈正相关，并在肺巨噬细胞中共定位[29]。因此，Fra-2/Col VI纤维化轴是肺纤维化和可能的其他纤维化疾病的有前途的生物标志物和治疗靶标。

3.6 Gp130

Gp130细胞因子，也称为IL-6家族，参与各种炎症和免疫调节机制。它们通过与包括信号转导分子糖蛋白130(Gp130)在内的特定受体复合物结合而引起细胞效应，并在细胞分化、增殖和造血等各种细胞过程中发挥关键作用[30]。在巨噬细胞极化中最近研究表明，IL-6通过增强IL-4Rα的表达和增强IL-4的反应，在脂肪组织来源的巨噬细胞中诱导一种交替激活的表型[31]。此外，Komori等证明OSM促进了使用脂肪组织来源的巨噬细胞在体外进行M2极化[32]。此外，继OSM在小鼠模型中过表达之后，先前已证明OSM可在体内诱导IL-6细胞因子的表达[33]，利用腺病毒过度表达系统评估制瘤素M(OSM)和IL-6对博来霉素诱导的C57BL/6小鼠肺损伤和肉芽肿的影响表明，体内OSM或IL-6的过度表达与替代性巨噬细胞聚集和对博来霉素的纤维化反应增加有关[34]。靶向Gp130细胞因子和巨噬细胞的替代编程可能是预防肺部成纤维的可行策略。

3.7 外泌体

外泌体由多种细胞分泌，并通过细胞膜表面上的信号分子以及通过调节细胞融合来参与细胞内通讯和物质运输。Family with sequence similarity 13，member A(FAM13A)基因已被证明会影响肺功能，并参与一些经常发生的慢性肺部疾病，例如慢性阻塞性肺疾病(COPD)，肺纤维化，肺癌和哮喘[35]，且FAM13A多态性被认为是影响IPF患者预后的因素。研究发现外泌体可以来自M2巨噬细胞，并且M2巨噬细胞衍生的外泌体可以将miR-328携带到肺间质成纤维细胞中。体外实验证明，过表达miR-328的M2巨噬细胞衍生的外泌体有助于增强肺间质成纤维细胞增殖并促进PF。此外，体内实验证实了过量表达miR-328的M2巨噬细胞衍生的外泌体对PF进展的促进作用，此外研究显示过表达miR-328的M2巨噬细胞衍生的外泌体通过调节FAM13A加重PF[36]。虽然基于miR的疗法仍处于起步阶段，但上述研究结果表明，miR-328可被视为未来PF的潜在治疗靶点。

4 中药对M 2型巨噬细胞的调控

除了细胞因子等可以作为肺纤维化诊断和治疗的靶点，在查阅文献中也发现天然药物[37]和中药复方[38]也可以调控巨噬细胞的极化，虽然目前大多都是实验研究，但天然药物作为毒副作用小且有明显效果，因而，天然药物也是肺纤维化治疗的中药方面。

4.1 新对叶百部碱

百部为百部科植物直立百部Stemonɑsessilifoliɑ(Miq.)Miq.、蔓生百部S.jɑponicɑ(Bl.)Miq.和对叶百部S.tuberosɑLour.的干燥块根，用于治疗百日咳、哮喘、肺结核[39]。其主要活性成分为百部生物碱，有驱虫、杀虫、镇咳平喘、抗肿瘤和抗菌等作用[40]。在小鼠肺纤维化中，在经过百部治疗组，小鼠肺组织胶原沉积、α-SMA和TGF-β的表达与模型组相比明显下降，表明百部生物碱有抑制纤维化的作用[41]，经过进一步的研究表明，百部可通过抑制巨噬细胞的募集和M2型巨噬细胞的极化而抑制博来霉素诱导的肺纤维化[42]。

表1 巨噬细胞的靶点在肺纤维化中的作用

4.2 槲皮素

槲皮素是一种黄酮类化合物，目前有100多种植物含有槲皮素[43]。槲皮素是一种生物活性黄酮醇，主要存在于大多可食用的植物性食物中。它主要具有抗氧化、抗癌的作用[44]。槲皮素给药改善了肺纤维化，其表现为羟脯氨酸、纤连蛋白、α-平滑肌肌动蛋白、I型胶原和III型胶原的表达水平变化[45]。有研究表明，在阻塞性肾疾病中，槲皮素的给药可抑制肾小管间质损伤，并减少炎症因子的合成和释放。槲皮素还通过拮抗TGF-β1/Smad2/3信号转导，抑制M2巨噬细胞的极化，并减少细胞外基质的过度积累和间质纤维化。槲皮素通过调节巨噬细胞极化改善了肾脏损伤，并且可能对患有肾脏损伤的患者具有治疗潜力[46]。

4.3 百里醌

黑种草子(Semen Nigellɑe)为毛茛科植物瘤果黑种草(NigellɑglɑnduliferɑFreyn et Sint)的干燥成熟种子。具有补肾健脑、通经、通乳、利尿之功效[39]。现代药理研究发现其具有抗肿瘤、镇咳、镇痛、抗炎、抗氧化、抗血小板聚集、抗菌等功效[47]。百里醌(thymoquinone，TQ)是黑种草子中的活性成分，具有抗肿瘤增殖和转移等作用[48]，在肺纤维化中，百里醌可以通过调节TGF-β1和IL-10以及下调肺组织中的iNOS来改善博来霉素诱导的肺纤维化[49]。有研究表明，百里醌在干预M2型巨噬细胞极化中，抑制Arg1在基因和蛋白水平的表达，同时提高iNOS的表达，暗示着百里醌可逆转M2表型，使巨噬细胞表型向M1型极化[50]，来改善肺纤维化。

5 结语与展望

综上所述，巨噬细胞在肺纤维化中扮演着重要的角色，在肺纤维化不同的阶段极化出M1和M2两种不同表型，M1型巨噬细胞在抗炎中起到重要作用，M2型巨噬细胞通过分泌大量的促纤维化可溶性介质、趋化因子和基质金属蛋白酶介导纤维化的发生发展，分泌的这些因子也是治疗肺纤维化的靶标，同时M2型巨噬细胞表达的内容也可作为临床诊断纤维化的标志物。在目前肺纤维化的研究中，研究肺泡巨噬细胞在肺纤维化中的作用的分子机制比较少，且临床上现有的治疗肺纤维化的药物(如吡非尼酮、尼达尼布等)，对肺纤维化的治疗起到延缓作用且副作用较大。因此，研究巨噬细胞极化在肺纤维化中涉及的分子生物学层面和中药调控巨噬细胞极化方面以治疗纤维化的机制是非常有必要的，为调控巨噬细胞的极化以减轻肺纤维化和中药通过调控巨噬细胞治疗肺纤维化治疗提供新的思路。