巨噬细胞极化对动脉粥样硬化发生发展的影响

王立，陈玉辉，徐鸿轩，孟令丙，刘德平,3，龚涛,3

1.北京医院,a 神经内科,b 心血管内科 国家老年医学中心 中国医学科学院老年医学研究院，北京 100730；2.国家老年医学中心 国家卫生健康委员会北京老年医学研究所;3.中国医学科学院北京协和医学院研究生院

动脉粥样硬化是一种慢性、多因素性疾病，该过程主要由血管壁脂质积聚和随后的动脉壁炎症反应构成，最终导致动脉粥样硬化斑块形成和破裂[1-2]。动脉粥样硬化斑块破裂导致的脑梗死、心肌梗死等心脑血管疾病及其并发症已经逐渐成为威胁人类生命健康的主要原因[3]。因此，探究动脉粥样硬化性病变发生发展的机制及预防、治疗措施已成为当前的研究热点。

循环中各种细胞类型，如内皮细胞、平滑肌细胞、巨噬细胞、单核细胞和淋巴细胞等的激活在促进动脉粥样硬化形成和发展中占据重要地位。其中，巨噬细胞是参与病变过程的主要炎症细胞，其在动脉壁内的滞留是动脉粥样硬化的必要条件，其参与动脉粥样硬化形成、进展、消退全过程。当血液中的低密度脂蛋白(LDL)胆固醇在动脉血管内膜下累积并被修饰为氧化型低密度脂蛋白，可刺激血管内皮活化并表达黏附分子，从而募集单核细胞黏附并进入动脉内皮下转化为巨噬细胞，巨噬细胞清除脂蛋白颗粒，进而转化为泡沫细胞。随着巨噬细胞在内膜下积聚和功能活化，分泌各种促炎性分子，持续的炎性状态导致斑块逐步进展为慢性更复杂性病灶[4]。巨噬细胞存在于斑块的不同位置，斑块内复杂的微环境影响巨噬细胞的表型极化和激活。相较于巨噬细胞绝对数量，巨噬细胞不同表型间比例和斑块由稳定变为不稳定至破裂过程更加密切相关。本综述就动脉粥样硬化斑块内不同表型巨噬细胞的功能及去甲肾上腺素、糖皮质激素对其表型的影响进行综述。

1 巨噬细胞极化

巨噬细胞是一种显著可塑性的细胞类型，特定的微环境刺激后可发生形态、功能及表型分化，即巨噬细胞极化。通常利用功能性反应的巨噬细胞表面标志物以及分泌物组分进行亚型分类。目前，除经典的M1/M2分类外，动脉粥样斑块不同发展阶段尚存在其他不同表型的巨噬细胞。

1.1 M1型巨噬细胞 该型又称经典激活M1型巨噬细胞，由T辅助细胞1(Th1)细胞因子诱导极化，其表面表达有MHC-II分子、CD80、CD86等特异性标志物。研究显示Toll样受体配体、干扰素-γ(IFN-γ)、病原体相关分子复合物(PAMC)、细菌脂多糖(LPS)和脂蛋白等物质可以诱导巨噬细胞向M1型极化。激活的M1型巨噬细胞通过产生和分泌促炎症因子如白细胞介素(IL)-1α、IL-1β、IL-6、IL-12、IL-23和环氧合酶-2(COX-2)等发挥促炎性效应[5-6]。在功能上，感染过程中M1型巨噬细胞通过激活烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶系统和随后产生的活性氧(ROS)参与病原体的清除并介导ROS诱导的组织损伤。此外，持续活化的M1型巨噬细胞产生趋化因子受体(C-X-C motif receptor)配体，如CXCL9、CXCL10和CXCL5等进一步招募更多Th1和自然杀伤(NK)细胞进入病灶，加重局部炎症反应、损害组织再生和伤口愈合[7]。

1.2 M2型巨噬细胞 该型又称替代激活M2型巨噬细胞，其表面特征表达CD163、甘露糖受体1(MR1)、抵抗素样分子-β和精氨酸酶-1(Arg-1)[8]。机体为了防止M1巨噬细胞引发的持续炎症反应和组织损伤，通过激活Th2细胞分泌IL-4和IL-13并结合IL-4Rα激活下游STAT6信号通路进而促进向M2型巨噬细胞极化。此外细胞因子IL-10可以通过激活下游STAT3信号通路调控M2型巨噬细胞活化[9]。IL-21、IL-33也是可驱动M2型巨噬细胞极化的Th2相关细胞因子。功能上，M2型巨噬细胞分泌抗炎症因子如IL-1受体激动剂、IL-10、TGF-β和胶原蛋白等，从而启动抗炎功能驱动的调节机制拮抗M1型巨噬细胞导致的慢性炎症反应。在功能上，M2型巨噬细胞具有强大的吞噬能力，可清除碎片和凋亡细胞，抑制炎症，协调促进组织重塑，并具有促血管生成和纤维化的特性[10]。

1.3 M2型巨噬细胞亚群 依据体外实验M2巨噬细胞接受不同的刺激因素活化后的特征进一步将其分为四种不同亚群：M2a、M2b、M2c和M2d。M2a亚群可被IL-4和IL-13诱导产生并高表达甘露糖受体(如CD206)，分泌促纤维化因子(如纤维连接蛋白)，胰岛素样生长因子(IGF)和转化生长因子-β(TGF-β)等，从而促进组织修复，故依据功能特征通常又将M2a巨噬细胞称为伤口愈合型巨噬细胞[11]。M2b亚群可通过免疫复合物(ICs)、TLR激动剂或IL-1受体配体等诱导产生。该亚型巨噬细胞既可以产生抗炎症因子，如IL-10和IL-1β，亦可分泌促炎症因子，如IL-6和肿瘤坏死因子(TNF)-α[11-12]。M2c型巨噬细胞由糖皮质激素和IL-10诱导产生，通过释放大量IL-10和TGF-β对凋亡细胞具有很强的抗炎活性。由于M2b型和M2c型巨噬细胞均出现高表达的Mer受体酪氨酸激酶(MerTK)，呈现高效的胞葬能力，故又将该2种亚型巨噬细胞称为调节性巨噬细胞。第四种亚型为M2d型巨噬细胞，TLR激动剂通过腺苷A2A受体刺激下可诱导产生。该型巨噬细胞活动抑制促炎症细胞因子产生，诱导抗炎细胞因子如IL-10、IL-12分泌[11-12]。

2 巨噬细胞M1及M2型与动脉粥样硬化斑块

M1型巨噬细胞在进展性或易损性斑块中占主导地位，其胆固醇转运相关蛋白ATP结合盒转运体A1表达下降，导致胆固醇流出受阻和积聚，进一步促进巨噬细胞活化和M1型极化，形成恶性循环。此外其可分泌金属蛋白酶(MMPs)，如MMP2和MMP9，导致斑块中细胞外基质降解，引发斑块不稳定和破裂。而M2型巨噬细胞在稳定性斑块相对富集，研究显示M2型巨噬细胞可通过分泌胶原蛋白和增强凋亡细胞的清除能力促进斑块稳定。更重要的是，巨噬细胞M1型和M2型间表型转变是可逆的，从M1型转分化为M2型可促进动脉粥样硬化斑块的稳定和消退[13-14]。

除了上述较早发现的M1/M2型巨噬细胞亚型外，近年来巨噬细胞分类系统中又扩展了几种重要的亚型与人或小鼠动脉粥样硬化密切相关。

3 其他巨噬细胞亚型

3.1 Mox型巨噬细胞 动脉粥样硬化病灶中积聚的氧化型磷脂可诱导巨噬细胞表型转化为Mox型，该亚型与经典的M1或M2表型相比，表现出显著不同的基因表达模式和生物学特征[15]。Mox型巨噬细胞特异性标志物为核因子E2相关因子2(Nrf2)依赖性氧化还原调节靶基因，如血红素加氧酶1(HMOX-1)、硫氧还蛋白1(Srx1)、硫氧还蛋白还原酶1(Txnrd1)、血栓反应蛋白(Thsp)、谷氨酸半胱氨酸连接酶修饰亚基和谷胱甘肽还原酶1(GSR1)[16]。在小鼠动脉粥样硬化模型斑块中，该亚型约占CD11b+F4/80+巨噬细胞总数的30%。与M1或M2型巨噬细胞相比，Mox型巨噬细胞的吞噬和趋化性下降，但是其仍保留了分泌促炎症因子(如COX-2及IL-1β)的能力，随着斑块中Mox型巨噬细胞的积聚可促使动脉粥样硬化病变进展和不稳定性增加[17]。

3.2 M4型巨噬细胞 M4型巨噬细胞由血小板趋化因子CXCL4诱导产生。CXCL4又称血小板因子4(PF4)，是血小板激活后释放到血浆中最丰富的血小板趋化因子之一，CXCL4可抑制单核细胞凋亡，促进巨噬细胞转化为M4型。极化的M4型特征性的丧失CD163，并组成性表达CD68、S100A8和MMP7从而区别于M1、M2及其他类型巨噬细胞[18]。该型巨噬细胞主要分布在外膜和内膜，研究显示M4型巨噬细胞在晚期不稳定性斑块中数量显著增加。斑块内M4型巨噬细胞上调表达MMP7、MMP9，导致斑块内基质降解，促进斑块破裂、易损性增加[19]。

3.3 M(Hb)和Mhem型巨噬细胞 晚期动脉粥样硬化斑块可发生斑块内出血，M(Hb)或Mhem型巨噬细胞则主要出现在斑块出血的区域，M(Hb)型巨噬细胞由血红蛋白刺激产生，特征性高水平表达MR和CD163，其作为清道夫受体参与斑块内出血后血红蛋白/触珠蛋白(Hb/Hp)复合物的清除[20]。M(Hb)通过增加细胞内肝X受体-α(LXR-α)的活性来增强胆固醇流出能力，从而阻止泡沫细胞形成。增强的LXR-α活性也会诱导铁转运蛋白的表达，从而降低细胞铁含量，减少斑块内M(Hb)型巨噬细胞ROS产生，有助于斑块稳定[20]。巨噬细胞吞噬Hb/Hp复合物和红细胞后代谢释放亚铁血红素可以诱导巨噬细胞向Mhem型转化。Mhem型巨噬细胞协调激活腺苷酸激活蛋白激酶(AMPK)通路和Nrf2通路促使LXR-α和ABCA1表达的上调，进而增强胆固醇外排能力，防止泡沫细胞形成和氧化应激，对动脉粥样斑块起到保护作用[21]。

如上所述，巨噬细胞可以显示连续的表型转变。在外部因素刺激时，巨噬细胞可以从一种表型转化到另一种表型。

4 交感肾上腺髓质系统和下丘脑-垂体-肾上腺轴与巨噬细胞表型

在过去的十年里，人们已经清楚地认识到，神经内分泌系统和免疫系统以双向方式协调有序地调控机体的功能，以维持稳态[22]。社会心理因素作用下神经内分泌系统与组织内的巨噬细胞间相互作用机制，如慢性心理应激可导致交感肾上腺髓质系统(SAM)和下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA)持续活化引发去甲肾上腺素和糖皮质激素分泌显著增加，造成免疫紊乱，促使代谢性疾病的发生和进展。目前，关于慢性心理应激反应时神经内分泌系统对巨噬细胞功能和极化过程的影响愈来愈多受到关注。

4.1 儿茶酚胺类激素与巨噬细胞表型 去甲肾上腺素(NE)和肾上腺素(E)属于儿茶酚胺类激素或神经递质。慢性应激反应可通过提高交感神经系统的活动，并刺激肾上腺髓质的嗜铬细胞，从而导致NE和E的释放增加。体外实验证明激活巨噬细胞表面肾上腺素受体可减少炎症细胞因子的产生，此外，肾上腺素受体参与调节体内炎症状态[23-25]。

有研究[26-27]证实NE诱导的β-2肾上腺素受体的激活，不仅改变一些炎症细胞因子的产生，如TNF、IL-12和CXCL趋化因子下调，而且可改变巨噬细胞的表型，促使巨噬细胞向M2型转变。

4.2 糖皮质激素与巨噬细胞表型 糖皮质激素(GCs)是一类内源性类固醇激素，其通过调节胞质类固醇激素受体(GR)普遍表达于各种组织细胞，包括巨噬细胞。GCs通过结合巨噬细胞的GR可调节促炎和抗炎基因的表达，并诱导了巨噬细胞吞噬凋亡细胞。虽然GCs对巨噬细胞的调节作用在1950年便进行了报道[28]，但关于它们对巨噬细胞表型极化的具体作用相关文献并不多。

Jeries等[29]研究表明GCs如泼尼松或泼尼松龙可以通过阻止巨噬细胞内脂质积聚和泡沫细胞形成发挥抗动脉粥样硬化作用。然而关于糖皮质激素是否影响动脉粥样硬化斑块不同发展阶段中巨噬细胞的累积，以及明确对经典的M1及M2分型转化的影响是未来值得深入开展的研究内容。

5 巨噬细胞表型与动脉粥样硬化治疗

研究显示降脂治疗并不能够完全降低动脉粥样硬化性心脑血管疾病的发病率和病死率，仍存在较多患者即使血脂达标，也会发生不良性心脑血管事件[30-32]。由于降脂不能完全延缓动脉粥样硬化的进展，炎症性生物标志物作为心血管疾病事件的独立危险因素的识别促进了使用抗炎策略治疗动脉粥样硬化的试验[33]。减轻巨噬细胞介导的炎症可以促进斑块消退，同时研究表明巨噬细胞表型转化在动脉粥样硬化不同发展阶段扮演着重要的角色。因此，通过靶向作用于动脉粥样硬化斑块中的巨噬细胞成为一种潜在的治疗措施。

Wan等[34]研究证实，斑块内血红素可能通过激活巨噬细胞腺苷酸激活蛋白激酶(AMPK)和转录激活因子1(ATF1)通路，促进其转化为具有保护作用的M2样表型。邱峰等[35]研究发现中药成分穗花杉双黄酮可通激活PPAR-α/γ，抑制巨噬细胞向M1型分化，并可能逆转M1型巨噬细胞向M2型转化，从而发挥抗动脉粥样硬化作用。姚宇迪等研究表明丹参酮ⅡA能抑制组蛋白去乙酰化酶3(HDAc3)有效地阻止ox-LDL诱导巨噬细胞往M1方向极化，进而抵抗动脉粥样硬化[36]。多个随机对照试验结果显示二甲双胍在糖尿病大血管疾病治疗中可能有其他口服降糖药所没有的效果，据此推测其可能通过非降糖机制发挥抗动脉粥样硬化效应。Seneviratne等证实二甲双胍可通过激活小鼠和人类巨噬细胞中保守的AMPK-ATF1-M2样通路，促进巨噬细胞表型转化从而发挥抗动脉粥样硬化作用[37]。

6 展望

动脉粥样硬化进展与巨噬细胞表型多样性有关，通过促进巨噬细胞表型转化为抗炎型的治疗策略，可能有利于动脉粥样硬化性心脑血管疾病的预后。调节巨噬细胞的表型作为一种治疗方法目前尚未取得突破性进展，但是仍然是一个引人注目的研究领域。此外，社会心理因素作用下神经内分泌系统与组织内的巨噬细胞间相互作用机制的研究可能促进新的治疗靶点的发现。靶向治疗动脉粥样硬化斑块内巨噬细胞作为一种阻止斑块进展甚至加速斑块消退，同时又能降低副作用的策略，是未来重要的研究方向。