張貽幗 景祎馨 潘 銳 丁 可 圖拉妮薩·喀迪爾 羅 杰 廖師師 孟慶濤

腸缺血再灌注(intestinal ischemia reperfusion，IIR)是指腸道組織遭受缺血打擊及后續(xù)恢復(fù)血供的病理生理過程，大多由急性腸梗阻、腸系膜動脈栓塞、小腸移植術(shù)、休克、外傷及各種手術(shù)等引發(fā)。糖原、ATP耗竭及線粒體功能障礙導(dǎo)致的細(xì)胞代謝應(yīng)激是腸組織遭受缺血性損傷后的特點。繼發(fā)性再灌注損傷是指血流恢復(fù)后，由于氧和營養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)不足以及代謝副產(chǎn)物的參與而造成的器官損傷，代謝紊亂、大量活性氧 (reactive oxygen species，ROS)、細(xì)胞因子和趨化因子進一步刺激各種免疫細(xì)胞產(chǎn)生嚴(yán)重的炎性反應(yīng)，導(dǎo)致腸道黏膜屏障受損、通透性升高，炎性反應(yīng)產(chǎn)生的超氧化物、過氧化氫和炎性細(xì)胞因子可活化巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞而加劇損傷。IIR不僅導(dǎo)致腸道本身的結(jié)構(gòu)和功能改變，還會導(dǎo)致腸道菌群移位，引起腎臟、肺、肝臟等遠(yuǎn)隔臟器損傷，更嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致死亡[1]。

IIR后引起腸道本身及其遠(yuǎn)隔臟器損傷的機制十分復(fù)雜，目前未能完全闡明。作為人體最大的免疫器官，腸道中含有許多免疫細(xì)胞，如腸道巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞(dendritic cell,DC)、自然殺傷細(xì)胞(natural killer cell,NK)和自然殺傷T細(xì)胞(natural killer T cell,NKT)等，它們在IIR及遠(yuǎn)隔臟器損傷中起關(guān)鍵作用，尤其是腸道巨噬細(xì)胞[2]。腸損傷的顯著特征是由于血單核細(xì)胞的滲透和單核細(xì)胞來源的巨噬細(xì)胞的分化，導(dǎo)致腸道中巨噬細(xì)胞的數(shù)量增加。缺血再灌注相關(guān)巨噬細(xì)胞活化和相關(guān)炎性細(xì)胞因子爆炸是IIR損傷甚至原發(fā)性無功能障礙的關(guān)鍵。越來越多的證據(jù)表明，巨噬細(xì)胞通過調(diào)整其功能極化狀態(tài)對多種器官的缺血再灌注損傷過程有決定性的作用[3, 4]。

一、巨噬細(xì)胞概述

1. 腸道巨噬細(xì)胞：組織內(nèi)的巨噬細(xì)胞是高度特化的吞噬細(xì)胞，在組織發(fā)育、穩(wěn)態(tài)和再生過程中發(fā)揮支持功能[5]。腸道巨噬細(xì)胞位于黏膜單層上皮的下方，在這里它們表現(xiàn)出顯著的功能多樣性。能夠清除細(xì)菌和外來物質(zhì)，清除衰老或死亡細(xì)胞，支持Treg細(xì)胞，修復(fù)組織，重塑細(xì)胞外基質(zhì)，促進上皮細(xì)胞更新[6～10]。巨噬細(xì)胞通過分泌有絲分裂因子，如胰島素樣生長因子-1(insulin-like growth factor-1，IGF-1)和白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-11，還能分泌細(xì)胞外基質(zhì)穩(wěn)定劑和金屬蛋白酶抑制劑促進結(jié)腸創(chuàng)面愈合過程中上皮祖細(xì)胞的存活和增殖[11]。巨噬細(xì)胞的不同功能依賴于這些細(xì)胞識別微環(huán)境中不同分子的能力，并以維持體內(nèi)平衡為目標(biāo)對不同的刺激作出相應(yīng)的反應(yīng)。簡而言之，這些細(xì)胞對于識別和消除入侵因子和細(xì)胞廢物十分重要，同時它們也參與組織修復(fù)和重建工作。其實從某種意義上來說巨噬細(xì)胞在不同組織微環(huán)境的不同細(xì)胞群的主要目的就是為了維持組織器官的平衡[12]。在腸道中它們可能具有自相矛盾的功能，因為它們必須保持對共生微生物群和來自食物的許多抗原的耐受性，同時保持著對潛在病原體的高度警惕性[13]。這種平衡對于避免感染和防止不必要的炎癥非常重要。當(dāng)這種平衡被打破時，疾病總是隨之而來。

2.巨噬細(xì)胞極化：由于巨噬細(xì)胞具有很強的可塑性，能根據(jù)所處的不同組織微環(huán)境及細(xì)胞因子譜活化為不同功能的異質(zhì)細(xì)胞群，該過程被稱為巨噬細(xì)胞的極化[14]。這兩種類型分別代表了巨噬細(xì)胞激活狀態(tài)的連續(xù)譜上的兩個極端。巨噬細(xì)胞極化不平衡通常與炎性疾病相關(guān)，在特定的臨床條件下也可看到不同激活的巨噬細(xì)胞共存。了解巨噬細(xì)胞極化的機制及其所涉及的分子有助于建立一系列臨床診斷和治療方法。

經(jīng)典激活的巨噬細(xì)胞(classically activated macrophages，M1)，區(qū)別于由干擾素-γ或Toll樣受體配體刺激的巨噬細(xì)胞，主要參與啟動和維持炎性反應(yīng)。這類巨噬細(xì)胞的特征是高表達(dá)CD80、CD86、MHCⅡ、Toll樣受體4和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶，能分泌大量促炎性細(xì)胞因子，具有很強的破壞腫瘤和微生物的能力；可分泌IL-6、腫瘤壞死因子-α、IL-1、IL-12、IL-15和IL-18等促炎性細(xì)胞因子，還可以分泌CXCL9、CXCL10、CXCL11、CXCL15和CXCL20等趨化因子，募集Th1細(xì)胞等其他免疫細(xì)胞，誘導(dǎo)嚴(yán)重的Th1免疫反應(yīng)；可作為先天免疫效應(yīng)細(xì)胞，分泌 ROS 和一氧化氮(NO)。天然免疫細(xì)胞及獲得性免疫細(xì)胞都可產(chǎn)生干擾素-γ，天然免疫細(xì)胞的代表是NK細(xì)胞，它可以維持巨噬細(xì)胞的早期瞬時激活，而獲得性免疫細(xì)胞(Th1細(xì)胞)分泌的干擾素-γ是維持巨噬細(xì)胞長期激活所必需的。激活的巨噬細(xì)胞通過分泌超氧陰離子、活性氧和氮物種并促進Th1免疫來增加細(xì)胞殺傷力[15]。

交替激活的巨噬細(xì)胞(alternatively activated macrophages，M2)，區(qū)別于IL-4/13刺激的巨噬細(xì)胞，主要參與炎癥消退和組織損傷修復(fù)，并具有促血管生成和促纖維化的作用。這類巨噬細(xì)胞的特征是高表達(dá)CD206、CD161、精氨酸酶(Arg-1)、殼多糖酶3樣蛋白(chitinase-3-like protein 1,CHI3L1)和炎性局部分子，在抗炎、抗寄生蟲活性、促進血管生成、促進創(chuàng)面愈合和細(xì)胞外基質(zhì)纖維化等方面發(fā)揮著重要作用，也可刺激腫瘤的發(fā)生[15]。M2型又可具體分為M2a、M2b、M2c和M2d型。M2a型巨噬細(xì)胞在IL-4和IL-13的誘導(dǎo)下分化，在免疫復(fù)合物和Toll樣受體配體的誘導(dǎo)下分化為M2b型，M2c型的分化在IL-10和腫瘤壞死因子-β的誘導(dǎo)下發(fā)生。嗜堿性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞和其他粒細(xì)胞是IL-4早期分泌的主要來源，可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞分化。IL-4可刺激M2型表達(dá)Arg-1，促進細(xì)胞外基質(zhì)的產(chǎn)生，從而促進組織再生和傷口修復(fù)。M2型可以分泌抗炎性細(xì)胞因子IL-10、趨化因子CCL22和CCL17，促進Th2細(xì)胞的募集和激活，抑制過度免疫反應(yīng)。然而，當(dāng)M2型過度促進細(xì)胞外基質(zhì)的修復(fù)和重組時，也會造成損害。研究表明慢性血吸蟲病的組織纖維化是由于傷口愈合過程中M2型巨噬細(xì)胞的失控激活所致。當(dāng)抑制M2型上的IL-4受體或使用針對IL-4受體的抗體時，可以減輕病變的纖維化程度[16]。表1總結(jié)了不同狀態(tài)下巨噬細(xì)胞的不同標(biāo)志物及誘導(dǎo)因子。上述證據(jù)均表明，在缺血再灌注損傷中，從促炎型M1型巨噬細(xì)胞到修復(fù)型M2型巨噬細(xì)胞的轉(zhuǎn)換和組織損傷到組織修復(fù)的轉(zhuǎn)變是同步的。

表1 巨噬細(xì)胞的表型及主要功能

二、M1/M2型巨噬細(xì)胞與 IIR 的關(guān)系

IIR損傷的顯著特征是由于血單核細(xì)胞的滲透和向單核細(xì)胞來源的巨噬細(xì)胞的分化，導(dǎo)致腸道中巨噬細(xì)胞的數(shù)量增加。Chen等[17]研究結(jié)果顯示，IIR后巨噬細(xì)胞會分泌大量的MPO進而損傷細(xì)胞功能；McGinn等[3]研究發(fā)現(xiàn)，IIR后，巨噬細(xì)胞會向M1型極化，并分泌 TNF-α 加重腸道損傷；而在人為竭耗了巨噬細(xì)胞 MPO分泌減少，腸道損傷明顯較對照組減輕。同樣的結(jié)果，Brencher等[18]研究發(fā)現(xiàn)，減少巨噬細(xì)胞的聚集可以明顯減輕IIR損傷，Wen等[19]研究還發(fā)現(xiàn)，竭耗巨噬細(xì)胞能減輕腸缺血所致的肝損傷。

由于巨噬細(xì)胞的高度可塑性，使其能夠適應(yīng)環(huán)境刺激改變表型，越來越多的研究報道稱，促進M1型轉(zhuǎn)化為M2型可以減少IIR的損傷[20]。腸道菌群在此過程中也發(fā)揮著重要作用，乳酸桿菌在腸道免疫功能中發(fā)揮重要作用，提高 T 淋巴細(xì)胞活性，影響M1/M2型巨噬細(xì)胞比例[21]。羅伊乳桿菌通過觸發(fā)巨噬細(xì)胞產(chǎn)生NO來保護小鼠免受鼠傷寒沙門菌的攻擊[22]。此外，植物乳桿菌 CLP-o611通過極化M1型至M2型樣巨噬細(xì)胞改善小鼠結(jié)腸炎[23]。腸道微生物乳桿菌可以通過 Toll樣受體信號通路促進 M2型巨噬細(xì)胞釋放 IL -10 減輕IIR 損傷[24]。

另有研究顯示，稱巨噬細(xì)胞極化還可影響腸神經(jīng)元的催產(chǎn)素(oxytocin,OT)及受體(oxytocin receptor,OTR)的表達(dá)，來調(diào)節(jié)胃腸道的分泌、運動及免疫[25]。LPS誘導(dǎo)的M1型巨噬細(xì)胞可產(chǎn)生促炎性細(xì)胞因子IL-1β、IL-6和TNF-α，通過STAT3/NF-κB信號通路抑制腸神經(jīng)元OT及OTR的表達(dá)；M2型巨噬細(xì)胞可產(chǎn)生抗炎性細(xì)胞因子TGF-β，通過激活Smad2/3并抑制peg3的表達(dá)，從而促進腸神經(jīng)元的OT和OTR表達(dá)；在結(jié)腸炎小鼠模型中，炎癥期間的M1型巨噬細(xì)胞的OT和OTR表達(dá)顯著降低，而恢復(fù)期間的M2型巨噬細(xì)胞的OT和OTR表達(dá)顯著增加。推測在IIR損傷過程中，大量炎性細(xì)胞因子釋放，炎癥期和恢復(fù)期的 M1/M2型巨噬細(xì)胞比例及 OT/OTR的表達(dá)有密切關(guān)聯(lián)，同時還影響了腸道的分泌及運動。前顆粒素(progranulin,PGRN)能抑制M1型極化，D-甘露糖能誘導(dǎo)M2型極化，從而增加OT和OTR的表達(dá)[25, 26]。巨噬細(xì)胞除了能通過腸神經(jīng)介導(dǎo)胃腸運動外，也可以繞開腸神經(jīng)系統(tǒng)，直接作用于腸平滑肌細(xì)胞，促進胃腸蠕動[27]。在IIR損傷過程中，后期總伴隨著腸道內(nèi)持續(xù)的炎癥變化以及腸道蠕動變慢等長期胃腸癥狀，這種腸道損傷伴隨著興奮性腸神經(jīng)元的持續(xù)性丟失，腸肌巨噬細(xì)胞可對腸道感染作出快速應(yīng)答，通過β2-腎上腺素-精氨酸酶1-多胺軸信號通路，來限制感染導(dǎo)致的腸神經(jīng)元死亡[28]。

為了研究M1/M2型轉(zhuǎn)換在IIR中的作用，Liu 等[20]在IIR損傷不同時期檢測小鼠腸組織M1型表面標(biāo)志物(NOS2、CCR7)和M2型表面標(biāo)志物(Arg-1、Fizz1)水平，結(jié)果表明在IIR早期則有巨噬細(xì)胞的激活，可見M1型表面標(biāo)志物增多，M2型標(biāo)志物水平降低，且可以觀察到腸組織明顯損傷，證明了 M2 向 M1型轉(zhuǎn)化與腸細(xì)胞損傷呈正相關(guān)；而應(yīng)用重組旋毛蟲蛋白(rTs p38)后可以促進 M1向 M2型轉(zhuǎn)化，還可逆轉(zhuǎn)M2型向M1型的轉(zhuǎn)變，增強 Th2 型免疫反應(yīng)，同時促進腸黏膜損傷的修復(fù)和腸功能的恢復(fù)，并伴有中性粒細(xì)胞減少和腸道細(xì)胞增殖的增加；同樣的研究證明桔梗皂苷D通過單磷酸腺苷激活的蛋白激酶調(diào)節(jié)M2型巨噬細(xì)胞極化來減輕腸道炎癥，保護腸道屏障功能[29]。人參皂苷Rg1通過Nogo-B/Rho A信號通路誘導(dǎo)M2型極化，可以有效地治療小鼠復(fù)發(fā)性結(jié)腸炎[30]。為了進一步研究M1/M2型轉(zhuǎn)化的機制，Liu 等[20]使用 STAT6 抑制劑則通過抑制M1型到M2型的轉(zhuǎn)換，同時還逆轉(zhuǎn)了 rTs p38的腸道保護作用，說明M1/M2型轉(zhuǎn)換可能具有 STAT6 依賴性。Liu等[31]研究發(fā)現(xiàn)在心肌梗死后能引起IIR損傷，在損傷期間使用特利加壓素，通過 PI3K/Akt 途徑升高血壓，抑制腸上皮細(xì)胞凋亡和巨噬細(xì)胞 M1型極化，對腸道損傷具有保護作用。

三、M1/M2型巨噬細(xì)胞與缺血再灌注相關(guān)信號通路

1.Notch信號通路：Notch信號通路是一種進化保守的通路，通過誘導(dǎo)M1型極化參與腸道炎癥[32]。過度激活Notch通路后，巨噬細(xì)胞只會向M1型極化，而阻斷此通路后，巨噬細(xì)胞會失去向M1型分化的能力[33]。IIR后 Notch 1 的表達(dá)增加，進而激活 NF-κB p65，促進巨噬細(xì)胞向M1型分化并分泌促炎性細(xì)胞因子，從而導(dǎo)致腸道細(xì)胞凋亡增加，腸組織損傷加重[34]。

2.JAK/STAT信號通路：JAK是一種細(xì)胞內(nèi)蛋白激酶，通過多種受體進行信號轉(zhuǎn)導(dǎo)而被激活。細(xì)胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制因子(suppressor of cytokine signaling， SOCS)是JAK/STAT信號通路的反饋抑制劑，可以終止免疫應(yīng)答。在此過程中，SOCS1的激活和SOCS3的抑制促進M2型極化。在腎缺血再灌注過程中，近端小管SOCS3的缺失通過直接增加JAK/STAT信號通路支持腎上皮再生。此外，SOCS3缺失導(dǎo)致向M2型巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)移。在近端小管細(xì)胞中靶向SOCS3治療激活JAK/STAT可能有助于改善AKI過程中的局部免疫調(diào)節(jié)和組織修復(fù)[35]。

3.PI3K/Akt信號通路：Akt有3種亞型: Akt1～3，Akt1促進M2型極化，Akt2促進M1型極化，這是因為它們在調(diào)控miR-155及其靶蛋白C/EBpb(巨噬細(xì)胞分化的主要調(diào)節(jié)因子)中發(fā)揮相反的作用。有研究證明，加壓素能通過激活PI3K/Akt信號通路，降低M1型極化，減輕心肌梗死及心肌梗死后的腸道損傷。Akt的異構(gòu)體也在調(diào)控巨噬細(xì)胞激活中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在心肌梗死模型中，主要激活的是Akt2。腺苷A2B可能通過 PI3K/Akt 通路調(diào)節(jié)心肌巨噬細(xì)胞表型，并具有抗炎作用，從而保護心臟免受IR損害。

4.p38/JNK 信號通路：JNK是一種絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)，可以調(diào)節(jié)多種細(xì)胞功能，可在缺血/再灌注時期被激活。抑制JNK活性后，肺 I/R 損傷得到改善。有研究證明p38/JNK信號通路介導(dǎo)M1型極化，其信號通路的增強可導(dǎo)致體內(nèi)I/R后細(xì)胞凋亡顯著增加，而過表達(dá)miR-132-3p能下調(diào)絲裂原活化蛋白激酶3(mitogen-activated protein kinase/extracellar signal-regulated kinase kinase kinase 3,MEKK3)，抑制M1型極化，能減輕脊髓再灌注損傷。

四、展 望

巨噬細(xì)胞在人體免疫系統(tǒng)中起著非常復(fù)雜的作用。它可以對特定的環(huán)境信號作出表型和功能上的動態(tài)轉(zhuǎn)換，這種獨特的功能轉(zhuǎn)換是巨噬細(xì)胞對啟動免疫反應(yīng)和組織修復(fù)重塑的基礎(chǔ)。M1型組成固有免疫的第一道防線，吞噬消滅病原體，激活T淋巴細(xì)胞的適應(yīng)性免疫，但M1型促炎能力過強會促進炎癥性疾病的進展；M2型主要參與血管生成，抗炎性細(xì)胞因子分泌及促進組織修復(fù)和纖維化，但是同時也會促進腫瘤的進展。本文簡要介紹了巨噬細(xì)胞系統(tǒng)在IIR損傷中的重要作用，也為其治療的臨床運用提供一些參考，如異甜菊醇通過上調(diào) miR-146a可誘導(dǎo)M2型巨噬細(xì)胞極化從而改善小鼠腸缺血再灌注損傷[34]；特利加壓素可通過PI3K/Akt通路抑制腸上皮細(xì)胞凋亡和巨噬細(xì)胞M1型極化，從而減輕腸道損傷[31]；應(yīng)用重組旋毛蟲蛋白(rTs p38)后可以促進M1型向M2型極化，同時還能逆轉(zhuǎn)M1型的極化，增強 Th2 型免疫反應(yīng)，使用了STAT6 抑制劑卻能逆轉(zhuǎn)rTs p38的保護作用，說明M1/M2型轉(zhuǎn)換可能具有 STAT6 依賴性。這在很大程度上有助于加深對腸缺血再灌注的發(fā)病機制的認(rèn)識，并促進依賴于調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞功能和極化的新的治療方法的發(fā)展，但是，介導(dǎo)巨噬細(xì)胞表型異質(zhì)性和功能可塑性的具體分子在很大程度上仍是未知的，此外，巨噬細(xì)胞表型從M1型到M2型的動態(tài)轉(zhuǎn)化機制還有待于通過基因組和藥理學(xué)技術(shù)開展大量研究予以進一步證實。