巨噬细胞炎症极化在类风湿关节炎中的作用

赵 磊 万 磊 刘 健 黄传兵 朱子衡 李 舒

类风湿关节炎(rheumatoid arthritis，RA)是一种进行性炎症性自身免疫疾病，如果不及时治疗，软骨和关节骨骼可遭到严重破坏，最终导致结构性关节损伤和进行性残疾[1]。RA的主要特点之一是可同时累及多个关节、表现为关节对称性和四肢侵袭性的关节炎，严重者甚至可直接造成关节软骨不可逆转的破坏、畸形，降低患者的日常生活质量[2,3]。RA 的发病机制涉及多种细胞因子和细胞，这些细胞因子和细胞会引发滑膜细胞增殖并对软骨和骨骼造成损害[4]。在这些参与RA发展的炎性细胞中，巨噬细胞起着至关重要的作用，其能够极化形成不同的表型，介导免疫/炎性反应和修复的阶段[5]。巨噬细胞炎症极化的过程中能够通过分泌大量促炎性细胞因子，激活成纤维细胞和促炎性破骨细胞，加速机体的炎性反应，造成组织和关节的破坏。因此，对巨噬细胞的炎症极化进行更为深入的研究具有重大意义。

一、巨噬细胞在炎症中的调控作用

1.M1型巨噬细胞来源及作用：巨噬细胞在感染性微生物和干扰素-γ等的刺激下极化为M1型巨噬细胞[6]。M1型巨噬细胞在炎症的初始阶段起着非常重要的作用，具有能够分泌相应的促炎性细胞因子促进机体炎症的发生、吞噬的功能和消炎杀菌的功能，是免疫反应的重要防线，此外还在调节宿主炎症和组织稳态中发挥重要作用[7,8]。极化后的M1型巨噬细胞能够分泌包括IL-1β、TNF-α、IL-23及IL-12等在内的多种促炎性细胞因子，以及单核细胞趋化蛋白-1、CCL-2、CCL-3、CCL-4、CXCL8、CXCL9、CXCL10、CXCL11等在内的Th1型趋化因子，这些相应的促炎性细胞因子和趋化因子都能够直接参与机体的炎性反应，通过趋化性吸引机体Th1细胞，促进强烈的Th1细胞免疫反应的发生[9,10]。并且M1型巨噬细胞能够通过增加巨噬细胞表面的MHCⅡ和协同刺激因子CD80和CD86标记来增强在细胞内免疫反应中抗原递呈的能力，调节并进一步地促进Th1细胞的免疫反应[11]。若M1型巨噬细胞促炎能力过强，会极大地增强其炎性反应并促进一些炎性反应性疾病的发生和进展，如果不能加以及时有效的干预，可能会极大地加重对组织的损害。

2.M2型巨噬细胞来源及作用：在IL-4、IL-10、IL-13等诱导刺激下，巨噬细胞可极化为M2型巨噬细胞，在炎症消退、组织改造、功能修复等方面都发挥着巨大的作用[12]。M2型巨噬细胞表面标志物为CD163和CD206。根据不同刺激因子的诱导，M2型巨噬细胞可以分为M2a、M2b、M2c和M2d 4种亚型。M2a型巨噬细胞主要由IL-4或 IL-13极化，能参与Th2细胞的免疫反应，分泌大量IL-10，从而杀灭细胞外病原体，参与过敏反应及组织重塑；M2b型巨噬细胞由TLR、IL-1β配体或免疫复合物激活，可分泌大量的IL-4、IL-10，同时减少IL-12的产生，从而发挥抗炎作用；M2c型巨噬细胞由IL-10、糖皮质激素等激活，可高水平分泌IL-10和转化生长因子，促进M1型巨噬细胞的失活从而发挥抗炎作用；M2d型巨噬细胞由TLR和腺苷A2A受体激动剂共同诱导激活，研究表明，M2d 巨噬细胞可分泌血管内皮细胞生长因子-A、TGF-β和IL-10[13]。

二、巨噬细胞极化相关炎症信号通路

1.Notch信号通路:Notch信号通路在RA的发生、发展过程中起着重要的作用，Notch信号通路有4种不同的Notch受体(Notch 1～Notch 4)，这些受体可以和5种已知的配体，即Delta样配体(Delta 1、Delta 3、Delta 4)和Serrate样配体(Jagged-1、Jagged-2)相结合[14]。当Notch受体和配体接触后，其细胞内片段(Notch intra cellular domain， NICD)在γ-分泌蛋白酶的作用下，靠近NICD区域识别位点处的下游信号蛋白被启动进行裂解而入核，进一步通过RAM结构域结合下游信号蛋白形成转录复合物，与转录因子RBP-Jk结合，从而影响靶基因Hes1表达，激活Notch信号通路，致巨噬细胞炎症极化向M1型分化，刺激滑膜细胞加速TNF-α、IL-1等促炎性细胞因子的产生，参与RA炎性反应和骨关节的破坏[15,16]。当Notch通路表达被抑制时，促炎性细胞因子的水平均明显降低，IL-4、IL-10水平升高[17]。研究表明，胶原诱导性关节炎小鼠中，Notch信号通路可通过抑制调节性T (Treg)细胞群的数量，从而抑制IL-4、IL-10及TGF-β等抗炎性细胞因子的分泌，并促进TNF-α的产生，从而促进关节炎症的发展。当Notch1通路抑制剂被使用后，Treg细胞群数量显著增加，可以抑制炎症性关节炎的进展[18]。这些研究均能说明Notch信号通路的激活能够有效促进巨噬细胞向M1型的巨噬细胞方向极化[19]。

2.NF-κB信号通路：NF-κB在细胞的增殖、转化和细胞凋亡的过程中通过其调控因子影响机体的正常免疫代谢应答和巨噬细胞炎性生物学反应，对于介导促炎性细胞因子的分泌至关重要，并且在通过复杂的机制调节炎性反应中也起着关键作用。eNF-κB家族由5种蛋白组成，分别是p50、p52、p65、RelB蛋白和c-Rel 蛋白。当细胞未受到刺激时，其不具有调节基因转入的能力，其活化依赖于抑制蛋白IkB(immunome knowledge base)的泛素化，当细胞受到刺激时，蛋白激酶IKK被激活，导致IkB蛋白酶体降解，随即NF-κB信号通路被激活，诱导相关促炎性细胞因子的表达和靶基因的转录。有研究表明，巨噬细胞可以通过NF-κB信号通路显著促进多氯联苯介导的炎性反应，二噁英样多氯联苯(例如PCB126)可以促进巨噬细胞炎症，从而使单核细胞极化为M1样表型[20]。

3.STATs信号通路：STATs信号通路是一个能调节巨噬细胞极化的重要转录因子，STATs不同的活化阶段和状态能够产生不同的生物学应答[21]。研究发现，IFN-γ激活STAT1通路对M1型巨噬细胞的极化是必不可少的，IFN-γ可诱导STAT1磷酸化，使巨噬细胞向M1型极化[22]。IL-6是RA中主要的STAT3激活因子，IL-6介导的STAT3能诱导巨噬细胞极化为M1型巨噬细胞，诱导破骨细胞分化参与关节的破坏。相关研究结果表明，JAK2/STAT3通路的激活在BPF促进巨噬细胞M1型极化中起积极作用[23]。IL-33和IL-9共同刺激先天性淋巴细胞促进其增殖活化，分泌抗炎性细胞因子IL-14和IL-4，激活STAT6信号通路，通过启动基因的转录从而促进巨噬细胞M2型极化[24]。有研究表明，当SOCS1表达下调时，将激活JAK1/STAT1通路，从而促进巨噬细胞极化为M1型[25]。酸枣仁甙D抑制了STAT1的激活，阻断了STAT1的核转位。反之，酸枣仁甙D还可激活STAT6，增强STAT6对M2型极化的核转位作用。酸枣仁甙D通过STAT1/6途径可使M1表型细胞重新极化为M2表型[26]。

三、巨噬细胞与RA

1.RA发病机制： 由于RA的发病机制较为复杂，因此，探索和了解早期RA的发病机制有助于该病的精准诊断和治疗。临床研究结果表明遗传因素在RA发病机制过程中一直占据着重要的作用，RA的发病存在家族聚集倾向，HLA-DRB1、PTPN22、PDA4等基因均与RA的发病有关；RA的发病与多种微生物的感染也有着一定的关系，如牙龈组织、肠道黏膜中菌群的改变、EB病毒、变形杆菌等都能够增加RA的易感性；在外界的一些环境因素中，长时间潮湿、寒冷的居住环境或者是工作等因素可能会直接导致RA的发生或病情的急剧加重。另外，吸烟也可能增加RA患病的可能性和风险；我国女性在绝经前RA的发生率约为同龄人群中男性的3倍，在一定程度上也说明人体性激素参与RA发病的过程;在人体免疫反应因素方面，T淋巴细胞的免疫反应和B淋巴细胞产生自身抗体与RA密切相关[27]。

2.巨噬细胞渗出参与RA：巨噬细胞在类风湿滑膜炎中起着中心效应细胞的作用。巨噬细胞有助于对抗炎症的环境，能通过产生促炎性细胞因子和趋化因子促进免疫细胞归巢，产生血管生成因子，诱导氧化损伤。巨噬细胞与CD4 T细胞的相互串扰能够诱导RA患者Th1和Th17的表达，激活成纤维细胞和滑膜细胞，并同时诱导破骨细胞的生成，促进RA关节的破坏。在RA中，滑膜及其浸润的巨噬细胞在RA关节炎的形成、发展和持续中发挥着极其重要的作用，滑膜炎可刺激滑膜组织中的巨噬细胞产生血管生成因子，导致滑膜中异常血管形成。

3.巨噬细胞极化参与RA：巨噬细胞极化在RA中起着至关重要的作用，包括M1型巨噬细胞释放促炎性细胞因子以加速RA症状，和M2型巨噬细胞释放抗炎性细胞因子以缓解RA症状。RA的发病与M1/M2型巨噬细胞的极化失衡密切相关。在RA中，M1型巨噬细胞可分泌多种促炎性细胞因子，促进血管新生，致使血管翳的形成，从而增强炎性反应，同时可促进破骨细胞的分泌，引起邻近软骨和骨的破坏[28]。M2型巨噬细胞主要分泌IL-10，在RA模型中，IL-10主要作为一种免疫抑制剂改善RA的症状和体征。RA患者表现出M1/M2比值增加，促进了破骨细胞的生成[29]。

4.Notch通路过激活可致RA炎症极化失衡：Notch信号通路参与RA炎症主要与巨噬细胞的极化相关，巨噬细胞在RA免疫炎性反应过程中起识别、效应作用。Notch受体与配体结合后进入细胞核，与下游靶基因转录因子CBF1/RBP-Jκ结合，诱导IL-6、IL-8、IL-1β炎性细胞浸润和骨破坏标志物基质金属蛋白酶的表达，导致RA炎性反应和骨关节的破坏。Notch-CBF1/RBP-Jκ通路能调节转录因子干扰素调节因子8(interferon regulatory factor8，IRF8)促进炎症巨噬细胞极化，从而促进RA滑膜炎性反应。在RA患者滑膜细胞、破骨细胞中均能够检测到Notch受体、配体和靶基因，这进一步说明了在RA中，Notch-CBF1/RBP-Jκ的异常激活可导致RA滑膜炎性反应和骨破坏[30]。

四、巨噬细胞极化与RA治疗

在RA的临床治疗措施中，传统药物联合治疗主要包括缓解疼痛、减轻症状的非甾体抗炎药及改善病情的抗风湿药物，这些药物均可有效控制体内的炎症，从而缓解病情。

近年来，针对以M1型巨噬细胞为主要靶分子的新型药物无论是在动物模型还是临床试验阶段均处于广泛而深入的研究阶段。例如，橙皮苷类药物具有显著的抗炎活性，减轻了抗原诱导下的关节炎模型小鼠的关节炎，通过抑制PI3K/Akt信号通路降低了巨噬细胞M1型极化的反应程度[31]。水飞蓟宾能有效抑制RA-FLS和CIA大鼠模型炎性细胞因子的产生，通过抑制NF-κB途径抑制炎性反应，水飞蓟宾还能诱导RAW264.7细胞的巨噬细胞M2型极化[32]。铁酸锰和氧化铈纳米颗粒锚定的介孔二氧化硅纳米颗粒在体外和体内均能在缺氧和炎症条件下成功地诱导巨噬细胞M1到M2型极化来减轻炎症。大鼠RA模型关节内注射MFC-MSNs可减轻关节缺氧、炎症和病理改变[33]。研究表明，一种核壳纳米复合材料能有效地聚集在病变部位，显著促进M2型巨噬细胞的转化，降低M1型巨噬细胞的募集，通过消除炎性反应有效治疗RA。核受体亚家族1组D成员1(NR1D1)激动剂SR9009激活NR1D1可抑制LPS诱导的M1型极化，促进M2型极化，对胶原诱导性关节炎小鼠滑膜增生、炎性细胞浸润及软骨、骨骼的破坏等均具有明显的免疫抑制性及治疗恢复作用[34]。这些药物无论是在动物研究还是临床应用阶段，一定程度上均能有效抑制患者巨噬细胞M1型极化，改善患者的病情，有望促进机体巨噬细胞免疫功能的正常化和重建，恢复原有的生理平衡状态。

五、展 望

巨噬细胞的炎症极化在RA患者炎性组织环境的持续以及不可逆的炎性关节组织损伤中发挥着重要的作用，M1/M2型巨噬细胞极化的不平衡在RA发病中影响重大，因此，通过调控巨噬细胞炎症极化，使M1/M2型巨噬细胞炎症极化保持动态平衡是防治RA的重要手段之一。本文初步研究总结了巨噬细胞炎症极化的基本特征和炎症极化调控的机制，巨噬细胞炎症极化与相关的炎症极化信号通路，巨噬细胞与RA的关系和作用以及靶向药物治疗的研究进展。但巨噬细胞极化在RA发病过程中主要机制及其对RA更精准的治疗方法和靶点仍然值得更进一步地研究和探讨，从而更好地指导RA的防治。