巨噬細(xì)胞在抗結(jié)核感染中的作用

王雅 李傳友 王偉 唐神結(jié)

結(jié)核分枝桿菌(Mycobacteriumtuberculosis，MTB)是引起結(jié)核病的主要病原菌，可造成全身各器官感染，其中以肺結(jié)核最為常見。巨噬細(xì)胞是一種免疫細(xì)胞，可參與機體的天然免疫和獲得性免疫。巨噬細(xì)胞具有強大吞噬能力，是重要的免疫效應(yīng)細(xì)胞，其可發(fā)揮免疫自穩(wěn)作用，是機體抵御MTB入侵的第一道防線。巨噬細(xì)胞既可以吞噬和殺傷MTB，也可以作為抗原提呈細(xì)胞啟動獲得性免疫應(yīng)答。CD8+T、CD4+T細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞(NK細(xì)胞)分泌的腫瘤壞死因子-α(TNF-α)和γ干擾素(IFN-γ)等細(xì)胞因子可活化巨噬細(xì)胞[1]?；罨蟮木奘杉?xì)胞可以通過多種機制消滅MTB，包括自噬、凋亡，以及炎性小體和活性氧中間體(reactive oxygen intermediates，ROI)、活性氮中間體(reactive nitrogen intermediates，RNI)產(chǎn)生等?；诖?，筆者綜述了其在抗結(jié)核免疫應(yīng)答中的主要研究進展。

一、巨噬細(xì)胞的極化

巨噬細(xì)胞極化同MTB感染及結(jié)核病發(fā)病進程密切相關(guān)。巨噬細(xì)胞經(jīng)不同的誘導(dǎo)因素刺激可分化為不同表型，并發(fā)揮不同的功能，這一現(xiàn)象被稱作極化。近年來，不同的巨噬細(xì)胞表型已被證實，根據(jù)激活后的活化狀態(tài)和發(fā)揮功能不同，可分為兩類：經(jīng)典激活巨噬細(xì)胞(M1型)和選擇性激活巨噬細(xì)胞(M2型)[2]。經(jīng)典激活途徑受抗原特異性T細(xì)胞分泌的IFN-γ所調(diào)控，M1型吞噬細(xì)菌后，可通過誘導(dǎo)生成NO、炎性介質(zhì)等途徑有效地清除病原體，主要負(fù)責(zé)參與宿主抗胞內(nèi)細(xì)菌感染的防御機制。M2型的激活則更主要受輔助性T細(xì)胞2(Th2)分泌的白細(xì)胞介素(IL)-4、IL-13等細(xì)胞因子調(diào)控，具有更強的吞噬能力，可參與抑制炎癥反應(yīng)，介導(dǎo)病原體和腫瘤細(xì)胞的免疫逃逸，誘發(fā)持續(xù)感染[3-4]。巨噬細(xì)胞是結(jié)核性肉芽腫中最豐富的細(xì)胞類型，Marino等[5]研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)核性肉芽腫中巨噬細(xì)胞極化的類型同肉芽腫的結(jié)局密切相關(guān)，巨噬細(xì)胞分化途徑的不同是肉芽腫內(nèi)病原菌是否播散的原因之一。這一結(jié)論同M1型和M2型巨噬細(xì)胞在肉芽腫的空間分布特征相一致。在結(jié)核性肉芽腫中，M1型的位置更靠近中心壞死區(qū)域，而M2型更靠近外周部分[6]。

二、巨噬細(xì)胞識別吞噬MTB

機體感染MTB后，巨噬細(xì)胞首先通過細(xì)胞表面的模式識別受體(pattern recognition receptor，PRR)識別MTB的相關(guān)模式分子并吞噬病原體。多種模式識別受體參與了巨噬細(xì)胞對MTB的識別，其中包括Toll樣受體(Toll-like receptor，TLR)、NOD樣受體(NOD-like receptor，NLR)、C型凝集素受體(C-type lectin receptor，CLR)等[7]。

TLR識別髓樣分化因子(myeloid differentiation factor 88，MyD88)在啟動MTB感染的免疫應(yīng)答方面發(fā)揮了重要作用[8]。在隨后的信號級聯(lián)反應(yīng)中招募多種蛋白激酶，激活多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子，如核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)的核轉(zhuǎn)運[9]。進一步激活天然宿主防御基因的轉(zhuǎn)錄，促進炎性細(xì)胞因子的分泌，如TNF-α、IL-1β、IL-12及NO等[10]。

NLR受到外源性刺激后可激活NF-κB或絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)信號通路[11]，誘導(dǎo)細(xì)胞因子、趨化因子等多種物質(zhì)的表達。NLR也可激活MAPK信號通路中的p38、細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)和c-jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)信號，引起促炎因子和抗菌肽的釋放[12]，同時與NF-κB信號通路相互影響和作用發(fā)揮生物學(xué)功能。

CLR主要識別MTB細(xì)胞表面的糖基化配體來調(diào)控吞噬作用，如甘露糖、海藻糖、葡聚糖等[13]。甘露糖受體(mannose receptor，MR；cD206)在肺泡巨噬細(xì)胞中高度表達。脂阿拉伯甘露糖(lipoarabinomannan，LAM)和磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol mannoside，PIM)是MTB上可被肺泡巨噬細(xì)胞MR識別的天然配體[7]。MTB與MR結(jié)合可刺激IL-4和IL-13的產(chǎn)生，同時抑制IL-12的產(chǎn)生，且參與損傷氧化反應(yīng)[14]。宿主的巨噬細(xì)胞對MTB的識別作用是復(fù)雜的，盡管已經(jīng)做了廣泛的研究，但仍未完全闡明其作用機制。

三、巨噬細(xì)胞殺滅MTB的作用機制

(一)自噬

自噬是一種重要的免疫防御機制，可參與抵抗多種細(xì)胞內(nèi)病原微生物的感染。Castillo等[15]研究發(fā)現(xiàn)，自噬在抗結(jié)核感染中起著雙重作用，它不僅抑制細(xì)菌的增長，還能阻止過度炎癥反應(yīng)的發(fā)生。巨噬細(xì)胞表面的TLR與MTB表面的配體結(jié)合誘導(dǎo)自噬的過程涉及MyD88依賴途徑和β干擾素TIR結(jié)構(gòu)域銜接蛋白(TIR-domain containing adaptor protein inducing IFN-β,TRIF)通路[16]。由此表明，自噬是一個先天性免疫應(yīng)答過程。然而，獲得性免疫應(yīng)答的介質(zhì)，如IFN-γ也在調(diào)節(jié)自噬反應(yīng)中發(fā)揮了重要的作用。2004年，Gutierrez等[17]首次報道在饑餓狀態(tài)下或利用雷帕霉素和IFN-γ可有效誘導(dǎo)感染了MTB的巨噬細(xì)胞發(fā)生自噬。IFN-γ通過活化NF-κB及磷酸化信號傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT-3)介導(dǎo)自噬過程的發(fā)生，增強機體的殺菌能力[18]；而雷帕霉素可通過誘導(dǎo)自噬，使得巨噬細(xì)胞的抗原提呈能力明顯增強。我國學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，生理濃度的1,25(OH)2D3可誘導(dǎo)MTB感染的巨噬細(xì)胞產(chǎn)生自噬作用，清除胞內(nèi)的MTB[19]。由此可見，采用細(xì)胞因子或者藥物誘導(dǎo)自噬過程的發(fā)生，進一步清除病原菌，可能成為結(jié)核病治療和預(yù)防領(lǐng)域的一個新的、可行的方法。

(二)凋亡

細(xì)胞凋亡是維持組織發(fā)展和穩(wěn)定的一種重要方式，可以最大程度地降低炎癥反應(yīng)和對周邊細(xì)胞的傷害。一旦巨噬細(xì)胞感染了MTB，通過體內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的激活可啟動凋亡過程的發(fā)生，產(chǎn)生和釋放TNF-β、IL-10等抗炎介質(zhì)[20]。感染早期的巨噬細(xì)胞凋亡是機體自我防御的表現(xiàn)，可參與清除部分寄生的MTB，降低MTB體內(nèi)播散速度。酪氨酸激酶和(或)轉(zhuǎn)錄因子(janus kinase/signal transducer and activator of transcription，JKA/STAT)信號通路在巨噬細(xì)胞凋亡過程中發(fā)揮著重要的作用，酪氨酸蛋白激酶(protein tyrosine kinase，PTK)的激活使JAK2/STAT1磷酸化，進一步促進多種促凋亡基因的表達，包括TNF-α、半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白水解酶1(cysteinyl aspartate specific protease-1, caspase-1)、CD95和NO合酶等，這些基因的表達可調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的抗結(jié)核免疫應(yīng)答，以及促進凋亡的發(fā)生[21]。Chen 等[22]最近研究發(fā)現(xiàn)，Wnt基因通過促進細(xì)胞凋亡及促炎因子的表達參與抗結(jié)核感染。通過動物感染模型發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Wnt5a信號匱乏時，MTB可導(dǎo)致小鼠肺組織中的促炎細(xì)胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-12、IL-6)大量增加，同時促進巨噬細(xì)胞凋亡。此外，感染后，前列腺凋亡反應(yīng)蛋白4(prostate apoptosis response-4，Par-4)可與葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(glucose regulated protein 78ku，GRP78)形成復(fù)合物，進而激活caspase-1、NF-κB等誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞凋亡過程的發(fā)生，并且可進一步誘導(dǎo)細(xì)胞因子、趨化因子等多種物質(zhì)的表達[23]。Assis等[24]發(fā)現(xiàn)前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)可調(diào)控MTB感染后的巨噬細(xì)胞的凋亡或壞死?；诖?，作者認(rèn)為，嘗試用細(xì)胞因子、激素或藥物去調(diào)控巨噬細(xì)胞凋亡過程將會是一種很有前景的免疫治療方法。感染MTB后的巨噬細(xì)胞可通過凋亡途徑降低體內(nèi)細(xì)菌載量及傳播。因此，揭示巨噬細(xì)胞的凋亡機制對抗結(jié)核感染的作用是指導(dǎo)臨床治療、預(yù)防和控制結(jié)核病疫情蔓延的關(guān)鍵。

(三)炎性小體

炎性小體也稱炎癥小體，是由胞漿內(nèi)PRR參與組裝的多蛋白復(fù)合物，是天然免疫系統(tǒng)的重要組成部分。炎癥小體能夠識別結(jié)核病原相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns，PAMP)，招募和激活caspase-1，發(fā)揮抗結(jié)核感染的作用?；罨腸aspase-1進一步切割I(lǐng)L-1β和IL-18 的前體，產(chǎn)生相應(yīng)的成熟細(xì)胞因子。這些細(xì)胞因子與宿主免疫防御和病原體清除有關(guān)，在天然免疫中發(fā)揮重要作用[25]。此外，炎癥小體還能調(diào)節(jié)caspase-1依賴的形式編程性細(xì)胞死亡，誘導(dǎo)細(xì)胞在炎性和應(yīng)激的病理條件下死亡。多種炎癥小體參與了針對病原體的宿主防御反應(yīng)。其中，NLR家族中的NOD樣受體蛋白3(NOD-like receptor protein 3，NLRP3)炎癥小體最具特征性，由于能被多種類型的病原體或危險信號所激活，NLRP3炎癥小體在機體免疫反應(yīng)和疾病發(fā)生過程中都發(fā)揮了關(guān)鍵作用[26]。結(jié)核感染時，通過NOD2識別MTB，激活轉(zhuǎn)錄因子 NF-κB，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞內(nèi)NLRP3炎癥小體的形成，促進炎癥因子IL-1β 和 IL-18 的釋放[27-28]。而IL-1β和IL-18在保護機體抵抗結(jié)核感染中可進一步發(fā)揮積極作用。

(四)ROI和RNI

ROI和RNI在巨噬細(xì)胞抗結(jié)核感染過程中發(fā)揮直接殺菌的作用。ROI來源于活化的巨噬細(xì)胞或吞噬細(xì)胞，主要在吞噬細(xì)胞氧化酶又稱煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADPH)氧化酶的作用下產(chǎn)生，在宿主體內(nèi)積累的ROI主要包括超氧陰離子(O2·-)、過氧化氫(H2O2)和羥基自由基(OH·)，這些ROI進一步發(fā)揮抵抗病原體入侵的作用[29]。RNI包括一氧化氮自由基及其通過多種復(fù)雜反應(yīng)而生成的產(chǎn)物，生物體內(nèi)的RNI與催化NO產(chǎn)生的NO合成酶(nitric oxide synthase，NOS)有直接關(guān)系。與抗結(jié)核感染有關(guān)的誘導(dǎo)型NOS通常存在于吞噬細(xì)胞中，可以被細(xì)胞因子如IFN、IL、TNF和病原體(細(xì)菌、病毒、寄生蟲)及免疫刺激物(脂多糖)等激活，激活后的誘導(dǎo)型NO合成酶(iNOS)能夠催化L-精氨酸產(chǎn)生NO，并通過多種復(fù)雜反應(yīng)產(chǎn)生不同類型的RNI，起到防御病原體的作用[30-31]。

四、總結(jié)與展望

機體感染MTB后，巨噬細(xì)胞作為第一道防線在抗結(jié)核感染的過程中起著十分關(guān)鍵的作用，巨噬細(xì)胞通過吞噬MTB后，既可激活天然免疫信號通路參與殺傷病原菌，又可通過加工提呈抗原啟動獲得性免疫。MTB在一定條件下會發(fā)生免疫逃逸，避免被殺傷而滯留在巨噬細(xì)胞內(nèi)。巨噬細(xì)胞與MTB的相互作用機制十分復(fù)雜，直接影響著結(jié)核病的發(fā)生、發(fā)展、預(yù)后及轉(zhuǎn)歸。近年來，關(guān)于結(jié)核病免疫治療的研究有增多的趨勢，進一步研究巨噬細(xì)胞在抗結(jié)核感染中的防御機制及同MTB之間的復(fù)雜關(guān)系，有助于新型抗結(jié)核免疫制劑的研發(fā)，為結(jié)核病的預(yù)防和治療奠定重要理論基礎(chǔ)。

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