血紅素加氧酶-1促進(jìn)巨噬細(xì)胞極化的研究進(jìn)展①

韋佳妮 應(yīng)燕萍 趙慧函 （廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院，南寧 530021）

血紅素加氧酶-1（heme oxygenase-1，HO-1）及其產(chǎn)物能在各種病理性應(yīng)激狀態(tài)下發(fā)揮重要的抗氧化應(yīng)激、抗炎癥損傷、調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡以及血管生成等作用［1］。巨噬細(xì)胞是一種高度異質(zhì)性和可塑性細(xì)胞，當(dāng)機(jī)體環(huán)境改變時(shí)，可在不同刺激作用下發(fā)生極化。即使巨噬細(xì)胞采用了一種表型，但它仍然保持著對(duì)新環(huán)境影響做出持續(xù)改變的能力［2］。因此，巨噬細(xì)胞極化的可逆性具有重要的治療價(jià)值。而近年研究發(fā)現(xiàn)，上調(diào)單核巨噬細(xì)胞中HO-1 表達(dá)可使其從促炎作用轉(zhuǎn)變?yōu)榭寡鬃饔茫?-4］。本文綜述了HO-1的調(diào)控機(jī)制及巨噬細(xì)胞的極化，并著重討論了HO-1在促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M2極化的機(jī)制作用及其在多種疾病發(fā)生發(fā)展過程中的作用，以期為多種疾病治療新思路提供理論基礎(chǔ)。

1 HO-1表達(dá)的調(diào)控機(jī)制

HO-1 是一種在細(xì)胞應(yīng)激過程具有細(xì)胞保護(hù)作用的關(guān)鍵因子，而HO-1 基因的調(diào)控涉及紅系衍生核因子相關(guān)因子2（nuclear factor E2-related factor 2，Nrf2）Nrf2/BTB-CNC 異體同源體1（BTB and CNC ho‐mology 1，Bach1）Bach1/HO-1、NF-κB/iNOS 等細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，是一個(gè)極其復(fù)雜的過程［5］。在Nrf2/Bach1/HO-1 通路中，HO-1 表達(dá)受Nrf2 及其阻遏物的調(diào)控，Nrf2 正調(diào)控HO-1 表達(dá)，Bach1 負(fù)調(diào)控HO-1表達(dá)，Nrf2與Bach1在細(xì)胞核內(nèi)的動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系影響HO-1等抗氧化酶的基因轉(zhuǎn)錄［6-7］。Nrf2 是一種調(diào)節(jié)抗氧化、抗炎基因表達(dá)的細(xì)胞保護(hù)因子，其負(fù)調(diào)控因子Kelch 樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白-1（Kelch-like ECH-associated protein-1，keap1）是Nrf2 在細(xì)胞質(zhì)中的結(jié)合蛋白［8］。在生理狀態(tài)下，Nrf2 的Neh2 結(jié)構(gòu)域與Keap1 的DGR 區(qū)結(jié)合后位于細(xì)胞質(zhì)中，處于抑制狀態(tài)，當(dāng)受到胞外氧化應(yīng)激信號(hào)刺激后，Nrf2 與keap-1 解離，轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，進(jìn)而與抗氧化物元件（anti-inflammatory response element，ARE）結(jié)合并誘導(dǎo)其下游抗氧化酶如：HO-1 等高表達(dá)，可使機(jī)體免受毒性物質(zhì)侵害［9-10］。因此，調(diào)節(jié)Nrf2核易位并增加HO-1的活性可適當(dāng)?shù)匾种蒲装Y反應(yīng)的發(fā)生。

2 巨噬細(xì)胞極化

巨噬細(xì)胞是天然免疫的重要組成部分，在人體正常發(fā)育、組織修復(fù)及病原體的免疫反應(yīng)中起重要作用，其功能動(dòng)態(tài)變化的過程稱為極化。巨噬細(xì)胞處于無刺激或靜息時(shí)為M0 型巨噬細(xì)胞，當(dāng)受到激活后可具有M1、M2表型。巨噬細(xì)胞的經(jīng)典M1表型和替代M2 表型激活反映了T 細(xì)胞的Th1-Th2 極化，代表巨噬細(xì)胞激活動(dòng)態(tài)變化狀態(tài)的兩個(gè)極端［11-12］。其中，M1 型巨噬細(xì)胞主要由IFN-γ、脂多糖（lipo‐polysaccharides，LPS）誘導(dǎo)，通過激活Toll 樣受體（Toll-like receptor，TLR）及IFN通路極化，分泌TNF-α、IL-6、IL-1β 等促炎細(xì)胞因子，表達(dá)CD80、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase,iNOS）、環(huán)氧化酶2（cyclooxygenase-2,COX2）等，能夠增強(qiáng)抗原提呈能力和殺菌能力，調(diào)節(jié)并促進(jìn)Th1 型免疫應(yīng)答［13-14］。M2 型巨噬細(xì)胞主要由巨噬細(xì)胞集落刺激因子（macrophagecolony-stimulating factor，MCSF）、IL-4、IL-13 等刺激活化因子，分泌抗炎細(xì)胞因子IL-10、轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β,TGF-β）、白介素1 受體拮抗劑（IL-1RA）、表達(dá)精氨酸酶1（arginine-1，Arg-1）、CD206，抑制T 細(xì)胞的增殖和活化，調(diào)節(jié)Th2 型免疫應(yīng)答［15-16］。M2 巨噬細(xì)胞可進(jìn)一步分為4 個(gè)不同的亞群，包括M2a、M2b、M2c和M2d。其中，M2a 亞群由IL-4 和IL-13 誘導(dǎo)，產(chǎn)生高水平的CD206、IL-1RA。M2b 表型可通過免疫復(fù)合物和TLR 激動(dòng)劑或IL-1 受體配體刺激誘導(dǎo)，產(chǎn)生抗炎和促炎細(xì)胞因子。M2c細(xì)胞具有較強(qiáng)的抗炎活性，可被糖皮質(zhì)激素和IL-10誘導(dǎo)，釋放大量IL-10及TGF-β。M2d 型巨噬細(xì)胞可由腺苷或IL-6 誘導(dǎo)極化，IL-10 和血管內(nèi)皮生長因子的產(chǎn)生增加，TNF-α和IL-12的表達(dá)降低［17-18］。

3 HO-1誘導(dǎo)促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M2表型極化的分子機(jī)制

HO-1 的表達(dá)調(diào)控及巨噬細(xì)胞極化均受微環(huán)境變化刺激、細(xì)胞因子和信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)介導(dǎo)。誘導(dǎo)HO-1 表達(dá)可以抑制NF-κB/MAPK 通路，減少M(fèi)1 巨噬細(xì)胞的極化，激活I(lǐng)L-10/STAT3 和IL-4/STAT6，上調(diào)PPAR-γ表達(dá)；HO-1還可以上調(diào)Nrf2，通過免疫細(xì)胞PI3K/Akt通路促進(jìn)M2巨噬細(xì)胞極化。HO-1促進(jìn)巨噬細(xì)胞極化的分子機(jī)制如圖1所示。

圖1 HO-1誘導(dǎo)促進(jìn)巨噬細(xì)胞M2表型極化的分子機(jī)制圖Fig.1 Molecular mechanism of HO-1-induced M2 pheno?typic polarization of macrophages

3.1 Janus 激酶（JAK）/ 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄活化因子（signal trans-duction and activators of transcription，STAT）信號(hào)通路 JAK/STAT 信號(hào)通路是重要細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，參與機(jī)體免疫失調(diào)和腫瘤發(fā)生等過程。JAK由JAK1、JAK2、TYK2和JAK3組成，是一種非受體胞質(zhì)酪氨酸激酶，可催化磷酸基團(tuán)向底物蛋白的轉(zhuǎn)移［19］。STAT 由7 個(gè)不同的基因編碼，分別是：STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5A、STAT5B 和STAT6。其中，STAT3 是JAK 的主要信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子之一，在IL-6 的作用下，JAK 被帶入糖蛋白130（gp130）近端，進(jìn)而使STATs磷酸化［20］。IL-6的表達(dá)受HO-1負(fù)調(diào)控，IL-6誘導(dǎo)細(xì)胞中STAT3 磷酸化以及HO-1 的基因表達(dá)，通過JAK/STAT3 信號(hào)傳導(dǎo)途徑誘導(dǎo)人HO-1 基因表達(dá)［21］。有研究報(bào)道草屬植物中的黃酮類化合物部分通過抑制IL-6/STAT3 信號(hào)通路活化，從而影響HO-1的表達(dá)，抑制巨噬細(xì)胞M2表型極化［22］。巨噬細(xì)胞是IL-10 的潛在來源，IL-10和HO-1 通過正反饋環(huán)相互聯(lián)系，IL-10 刺激可促進(jìn)STAT3 磷酸化和抗炎基因上調(diào)，能使巨噬細(xì)胞向抗炎M2 表型轉(zhuǎn)變［23］。IL-10/STAT3 和IL4/STAT6 分別是M2c 和M2a 表型極化的兩條重要信號(hào)通路。STAT6 是調(diào)控M2 巨噬細(xì)胞極化的關(guān)鍵靶點(diǎn)，STAT6信號(hào)通過IL-4 及其各膜受體IL-4Rα 結(jié)合而被激活，這導(dǎo)致JAK2 的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和STAT6 磷酸化，然后使其二聚化，磷酸化的STAT6 易位至細(xì)胞核并誘導(dǎo)基因轉(zhuǎn)錄［24］。作為HO-1 的強(qiáng)誘導(dǎo)劑，血紅素對(duì)HO-1的誘導(dǎo)可促進(jìn)IL-4 和STAT6 磷酸化，通過STAT6 磷酸化的IL-4信號(hào)誘導(dǎo)過氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxisome proliferators-activated receptors，PPAR-γ）及其激活因子的轉(zhuǎn)錄，增強(qiáng)M2 表型巨噬細(xì)胞的表達(dá)［25］。

3.2 NF-κB/MAPK 信號(hào)通路 NF-κB 是一種B 細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子，組成包括RelA（p65），RELA、RELB、REL、p50 和p52［26］。在非刺激狀態(tài)下，NF-κB在細(xì)胞質(zhì)中與抑制蛋白IκB 結(jié)合，保持靜息狀態(tài)。當(dāng)受到刺激時(shí)，抑制蛋白IκB 被IκB 激酶磷酸化和降解，NF-κB被釋放并轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，與靶基因的啟動(dòng)子區(qū)域?qū)?yīng)點(diǎn)相結(jié)合、調(diào)控下游相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄并觸發(fā)促炎遞質(zhì)釋放［27］。NF-κB途徑活化與絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）如細(xì)胞外調(diào)節(jié)激酶（ERK），c-Jun N 端激酶（JNK）和p38的磷酸化有關(guān)，MAPK 在調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞誘導(dǎo)炎癥基因表達(dá)的炎癥分子和免疫相關(guān)的細(xì)胞毒性因子中起重要作用［28］。氧化應(yīng)激信號(hào)通過激活NF-κB/MAPK信號(hào)通路在增強(qiáng)炎癥中發(fā)揮重要作用。而Nrf2 和NF-κB 是調(diào)節(jié)細(xì)胞對(duì)氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)的兩個(gè)關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子。研究表明，這兩種重要途徑之間存在功能上的相互作用［29］。NF-κB通過拮抗Nrf2下調(diào)HO-1表達(dá)，HO-1受NF-κB調(diào)控，可抑制NF-κB介導(dǎo)的促炎基因表達(dá)［30］。因此，HO-1誘導(dǎo)也被證明通過 NF-κB 的失活抑制促炎癥遞質(zhì)表達(dá)。大量研究表明，天然化合物調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化可作為一種有前景的治療策略。稻瘟散（OR）對(duì)LPS 刺激的RAW264.7 細(xì)胞中炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生以及iNOS 和COX-2 的表達(dá)具有強(qiáng)烈的抑制作用。這些作用歸因于通過抑制IκBα降解、阻斷MAPK 磷酸化及影響HO-1 表達(dá)抑制NF-κB 活化［31］。一項(xiàng)研究結(jié)果表明MH 乙醇提取物（MHE）通過抑制經(jīng)由NF-κB 的炎癥遞質(zhì)產(chǎn)生和MAPK 信號(hào)通路抑制和誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞HO-1表達(dá)而發(fā)揮抗炎作用［32］。

3.3 磷酸酰肌醇-3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（AKt）信號(hào)通路 巨噬細(xì)胞激活是一種嚴(yán)格調(diào)控的現(xiàn)象，由受體刺激或細(xì)胞內(nèi)調(diào)控蛋白引發(fā)的多個(gè)信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)決定。在不同的信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)中，PI3K/Akt途徑及其下游靶點(diǎn)已成為巨噬細(xì)胞活化表型的中央調(diào)節(jié)因子［33］。Akt 是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，被PI3K 激活。PI3K/Akt 信號(hào)通路的激活可以調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的分化，遷移和增殖，也可協(xié)調(diào)巨噬細(xì)胞對(duì)不同代謝和炎癥信號(hào)的反應(yīng)，低水平的Akt 信號(hào)傳導(dǎo)誘導(dǎo)炎癥M1表型，高水平的Akt活性誘導(dǎo)替代性M2 巨噬細(xì)胞［34-35］。先前的研究表明，HO-1 基因表達(dá)可通過免疫細(xì)胞中的PI3K/Akt 通路上調(diào)，可在氧化應(yīng)激損傷中提供抗凋亡或抗炎作用，抑制PI3K/Akt 激活可抑制HO-1 的表達(dá)［36］。PI3K/Akt 通路的激活對(duì)于限制TLR 刺激的巨噬細(xì)胞的促炎反應(yīng)和促進(jìn)抗炎反應(yīng)至關(guān)重要，并且被認(rèn)為是巨噬細(xì)胞中TLR和NF-κB信號(hào)的負(fù)調(diào)節(jié)劑［37］。PI3K/Akt途徑在LPS誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞中表現(xiàn)出抗炎作用可作為抗炎藥物的潛在靶點(diǎn)。在LPS 激活的巨噬細(xì)胞中，α7 煙堿乙酰膽堿受體（α7nAChR）通過蛋白激酶A的激活介導(dǎo)HO-1 的誘導(dǎo)，并刺激PI3K 的活性。由此產(chǎn)生的Nrf2 核易位誘導(dǎo)HO-1 表達(dá)［38］。因此，PI3K/Akt 可作為上游信號(hào)分子激活Nrf2，誘導(dǎo)HO-1表達(dá)并促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M2 表型極化，從而增強(qiáng)細(xì)胞防御炎癥和氧化損傷的防御系統(tǒng)。

4 HO-1 表達(dá)調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化，參與多種疾病的發(fā)生發(fā)展

由于HO-1 具有細(xì)胞類型特異性的免疫調(diào)節(jié)作用，靶向上調(diào)髓系細(xì)胞中HO-1 的表達(dá)可能是一種直接的抗炎治療。越來越多的證據(jù)表明，特異性誘導(dǎo)HO-1 可以減輕炎癥反應(yīng)。當(dāng)心、肝、肺、腎等臟器損傷時(shí)，HO-1 表達(dá)調(diào)節(jié)可使巨噬細(xì)胞向M2 表型極化，發(fā)揮其組織保護(hù)作用。研究發(fā)現(xiàn)，將含HO-1基因的腺病毒轉(zhuǎn)染巨噬細(xì)胞（Ad-HO-1-Mφ）移植到大鼠急性心肌梗死區(qū)后仍能高表達(dá)HO-1 蛋白并顯著減輕梗死區(qū)的炎癥和氧化應(yīng)激水平［39］。骨髓特異性HO-1 基因表達(dá)驅(qū)動(dòng)巨噬細(xì)胞向M2 抗炎表型極化并保護(hù)肝臟缺血灌注再損傷（ischemia-reperfu‐sion injury，IRI），其缺乏會(huì)促進(jìn)M1 型極化，加劇肝臟IRI［40］。野生型小窩蛋白-1 腳手架區(qū)結(jié)構(gòu)域（CSD）多肽可增加HO-1 活性并促進(jìn)肺泡巨噬細(xì)胞（alveolar macrophage，AM）由M1 表型向M2 表型轉(zhuǎn)化，抑制促炎因子表達(dá)，可治療LPS引起的急性肺損傷（acute lung injury，ALI）［41］。在急性腎損傷（acute kidney injury，AKI）和進(jìn)行性慢性腎臟病中可在腎小球及腎間質(zhì)中檢測(cè)到巨噬細(xì)胞浸潤，且巨噬細(xì)胞可根據(jù)腎臟微環(huán)境變化，在促炎表型和抗炎表型之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化從而影響腎臟損傷疾病轉(zhuǎn)歸［42］。一些感染性疾病如哮喘、慢性阻塞性肺疾病、寄生蟲感染等，在感染期間，常駐組織巨噬細(xì)胞和炎癥單核細(xì)胞從血液中并分化為巨噬細(xì)胞，誘導(dǎo)聚集炎癥以促進(jìn)機(jī)體清除病原體。巨噬細(xì)胞在許多慢性炎癥和自身免疫性疾病的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用。其中，M1 巨噬細(xì)胞中的許多炎癥細(xì)胞因子，已被確定為慢性炎癥和自身免疫性疾病的重要介質(zhì)和驅(qū)動(dòng)因素［43］。近十年的研究表明，巨噬細(xì)胞具有促腫瘤功能，與腫瘤進(jìn)展密切相關(guān)［44］。腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞（tumor-associated macrophages，TAMs）大量浸潤大多數(shù)實(shí)體腫瘤，可通過刺激增殖、血管生成、轉(zhuǎn)移和提供抗腫瘤免疫屏障而促進(jìn)腫瘤進(jìn)展［45］。人類腫瘤樣本的研究顯示，在許多惡性腫瘤中，M2 表型的巨噬細(xì)胞密度較高，且與較差的臨床預(yù)后密切相關(guān)。據(jù)報(bào)道，利用免疫細(xì)胞對(duì)抗腫瘤的癌癥免疫療法被證明是抗擊癌癥的有力武器，浸潤性TAMs 本身或TAMs 極化通路被認(rèn)為是治療惡性腫瘤的新靶點(diǎn)，并越來越多地應(yīng)用于臨床［46］。從自身免疫到心血管病理，從感染性疾病到癌癥，巨噬細(xì)胞都是廣泛的疾病中的主要參與者。因此，研究巨噬細(xì)胞極化的可逆性可為多種疾病的干預(yù)和治療提供新思路。

5 小結(jié)與展望

巨噬細(xì)胞在免疫系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，在一定的穩(wěn)態(tài)和病理?xiàng)l件下經(jīng)歷一系列功能激活狀態(tài)。巨噬細(xì)胞具有高度的異質(zhì)性和可塑性，其表型和功能可在不同微環(huán)境中進(jìn)行動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換，既可以通過產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子的Th1 反應(yīng)促進(jìn)炎癥（M1 表型巨噬細(xì)胞），也可以通過產(chǎn)生抗炎細(xì)胞因子的Th2反應(yīng)抑制炎癥（M2 表型巨噬細(xì)胞）。巨噬細(xì)胞在多種疾病中既有保護(hù)作用，又有致病作用。共同證據(jù)表明，巨噬細(xì)胞在局部環(huán)境中分化、極化、復(fù)極化和活化的變化在多種自身免疫性和炎癥性疾病的發(fā)病機(jī)制中起決定性作用。當(dāng)感染或炎癥嚴(yán)重時(shí)，巨噬細(xì)胞首先表現(xiàn)為M1 表型，針對(duì)刺激釋放TNF-α 等促炎介質(zhì)，但如果M1 期持續(xù)，可能會(huì)造成組織損傷。此時(shí)，M2巨噬細(xì)胞分泌抑炎因子，抑制炎癥反應(yīng)，促進(jìn)組織修復(fù)、重塑、血管生成和維持體內(nèi)平衡。HO-1屬于巨噬細(xì)胞表達(dá)的抗炎基因，HO-1上調(diào)能促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M2 表型極化，發(fā)揮抗炎作用，參與多種疾病的發(fā)生發(fā)展。說明靶向誘導(dǎo)HO-1 可能在臨床上具有極大的治療潛力，HO-1介導(dǎo)的巨噬細(xì)胞極化治療策略對(duì)治療疾病具有可能性，但還需要在臨床中進(jìn)行更深入的研究。