肺泡巨噬細(xì)胞誘導(dǎo)免疫應(yīng)答對肺組織炎性損傷作用機制的研究進展

張 晨，蒲 翔，蘇 進，唐依蓮，曾憲法

貴州中醫(yī)藥大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，貴州 貴陽 550025

細(xì)菌性肺炎(bacterial pneumonia)是臨床常見的呼吸道感染性疾病,病死率高[1],常伴有發(fā)熱、咳嗽、咳痰、胸痛等癥狀。隨著肺部感染的加重,由炎性因子介導(dǎo)的肺炎損傷在局部組織中普遍存在,病情嚴(yán)重者可引起其他系統(tǒng)的損害。人口老齡化、吸煙、伴有基礎(chǔ)疾病和免疫功能低下等是其發(fā)病率和病死率高的相關(guān)性因素[2],病原體變遷以及新病原體的出現(xiàn)、不合理使用抗菌藥物等導(dǎo)致細(xì)菌耐藥性增強,極大增加了病原學(xué)診斷及臨床治療的困難,而肺泡巨噬細(xì)胞(alveolar macrophages,AMs)作為專職性抗原提呈細(xì)胞,在宿主防御及免疫損傷方面扮演重要角色。

1 肺泡巨噬細(xì)胞及其活化狀態(tài)與肺組織炎性損傷的關(guān)系

肺泡巨噬細(xì)胞位于氣道的肺泡腔內(nèi),靠近黏膜表面,是氣道穩(wěn)態(tài)下不可或缺的免疫細(xì)胞[3],其本身不表達特異性抗原識別受體,通過其表面的模式識別受體對病原體及感染細(xì)胞表面的共有特定表位分子進行識別,產(chǎn)生非特異性抗感染的宿主免疫保護作用,通過調(diào)節(jié)氣道的炎性反應(yīng),在維持呼吸道免疫穩(wěn)態(tài)及免疫防御中發(fā)揮重要作用[4]。

靜息狀態(tài)[5]下,AMs可分泌抗炎介質(zhì),必要時啟動對病原體的免疫吞噬作用,清除有害病原體。這種免疫抑制作用還依賴于AMs胞葬功能和AMs泡沫化水平。發(fā)揮吞噬和胞葬功能的肺泡巨噬細(xì)胞可驅(qū)動肺泡巨噬細(xì)胞源性泡沫細(xì)胞的增多,進一步促進AMs分泌轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)等抗炎因子[6],并防止凋亡細(xì)胞向局部組織微環(huán)境釋放促炎及有害物質(zhì),從而抑制其在肺泡微環(huán)境中誘導(dǎo)的炎性反應(yīng)[7],減少肺組織損傷。

在特定環(huán)境或炎性介質(zhì)刺激作用下[8],AMs識別相關(guān)模式分子清除病原體的同時,可受其表達的包括單核細(xì)胞趨化蛋白-1受體(monocyte chemo-tactic protein-1 receptor,MCP-1R)、粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor,GM-CSF)等在內(nèi)的多種因子[9]影響而被募集到損害部位并活化,最終導(dǎo)致促炎因子分泌釋放于損傷部位,增強肺部炎性反應(yīng)。

2 AMs參與的免疫防御屏障可阻止部分病原體入侵

正常呼吸道免疫防御機制依賴于支氣管內(nèi)黏液-纖毛運載系統(tǒng)、肺泡巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞等完整的屏障功能和免疫細(xì)胞防御功能。一般情況下,與外界相通的上呼吸道擁有的獨特結(jié)構(gòu),黏膜中的多種有益菌群可以抑制由呼吸吸入的外來微生物在氣道定植,部分進入下呼吸道的微生物可以通過下呼吸道上皮細(xì)胞纖毛的協(xié)調(diào)擺動及咳嗽、噴嚏等方式被移除[10]。當(dāng)呼吸道黏膜屏障功能受損,纖毛清除能力減弱,或有害病原體未被完全移除時,定居在肺泡深處的AMs通過其表面模式識別受體等識別、加工外源性抗原,參與宿主固有免疫應(yīng)答,形成免疫炎性反應(yīng),發(fā)揮其吞噬作用,清除有害病原微生物。

3 M1型肺泡巨噬細(xì)胞的極化是肺組織炎性損傷加重的重要原因

肺組織炎性損傷與肺泡巨噬細(xì)胞的浸潤和活化有密切關(guān)系,肺炎發(fā)病過程中以M1型AMs(classical activated macrophage,M1)為其主要活化表型[11]。在病原體入侵時,相關(guān)趨化因子可通過下調(diào)AMs的吞噬及胞葬作用,誘導(dǎo)肺泡巨噬細(xì)胞M1促炎表型的極化[12-13],而AMs吞噬及胞葬功能和GM-CSF之間存在緊密相關(guān)性[6],與AMs胞葬功能相關(guān)的輔助因子表達又受到過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor-γ,PPAR-γ)信號通路的調(diào)控[14],因此,GM-CSF/PPAR-γ軸下調(diào)被認(rèn)為在AMs促炎表型極化中發(fā)揮重要作用。

活化的M1型AMs通過分泌標(biāo)志性趨化因子MCP-1及其他促炎介質(zhì)參與促炎反應(yīng),并釋放腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor α,TNF-α)、白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、白細(xì)胞介素-6(interleukin-6,IL-6)等多種促炎細(xì)胞因子增強炎性反應(yīng)[15-16]。同時M1型巨噬細(xì)胞上調(diào)表達主要組織相容性復(fù)合體(major histocompatibility complexes, MHC),提高其抗原提呈能力,將攝入的外源性抗原以抗原肽-MHC Ⅱ類分子復(fù)合物的形式表達于其細(xì)胞表面。該復(fù)合物與抗原特異性CD4+T淋巴細(xì)胞表面的抗原受體(T cell receptor,TCR)結(jié)合后啟動CD4+T細(xì)胞介導(dǎo)的適應(yīng)性免疫應(yīng)答,清除病原體,上調(diào)促炎反應(yīng)[17]。

另一方面,M1型肺泡巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的炎性反應(yīng)可激活核轉(zhuǎn)錄因子-κB (nuclear factor kappa B, NF-κB)等相關(guān)炎性信號通路,作用于下游信號分子,促使AMs進一步釋放TNF-α、IL-6等炎性因子,加重肺組織炎性損傷[18-19]。而在炎性環(huán)境下,肺組織正常的微循環(huán)功能損傷,導(dǎo)致肺上皮細(xì)胞通透性改變,肺內(nèi)皮細(xì)胞功能下降,進一步導(dǎo)致肺組織多方面的損害[20]。因此,AMs向M1型極化是加重肺組織病理損傷的重要原因。

4 AMs介導(dǎo)的炎性反應(yīng)可被NETs擴大化

中性粒細(xì)胞胞外誘捕網(wǎng)(neutrophil extracellular traps,NETs)是中性粒細(xì)胞在受到微環(huán)境刺激后形成的網(wǎng)狀纖維結(jié)構(gòu)。病原體入侵時,NETs與AMs共同參與維持肺組織內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)[21]。NETs在發(fā)揮免疫防御作用的過程中,一方面與AMs協(xié)同捕獲、殺死入侵病原體;另一方面,局部過多的NETs堆積可促進肺泡內(nèi)中性粒細(xì)胞的聚集,造成肺泡上皮細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞的廣泛損傷,加速M1型AMs活化表達相關(guān)炎性因子,增加肺組織損傷程度[21-22]。

5 肺泡巨噬細(xì)胞M2型極化及線粒體自噬可減輕肺組織炎性損傷

AMs誘導(dǎo)的適應(yīng)性免疫應(yīng)答啟動并逐漸清除大部分病原體,AMs根據(jù)組織微環(huán)境的改變,極化為M2抗炎表型(alternatively activated macrophages,M2),釋放抗炎因子,抑制炎性反應(yīng),并促進對損傷組織的修復(fù)[23]。M2型AMs是抗炎性因子白細(xì)胞介素-10(interleukin-10,IL-10)的主要來源[24],可通過釋放TGF-β等增強抗炎及組織修復(fù)作用[25]。IL-10由固有免疫系統(tǒng)和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的細(xì)胞共同表達,其免疫抑制作用可通過下調(diào)AMs抗原提呈能力,實現(xiàn)對M1型AMs的負(fù)向調(diào)節(jié),從而避免肺組織產(chǎn)生過度的炎性損害。此外,在炎性環(huán)境引起的肺組織損傷中,AMs細(xì)胞膜表達α7煙堿型乙酰膽堿受體(α7 nicotinic acetylcholine receptor,α7nAChR),由膽堿能抗炎通路(cholinergic anti-inflammation pathway,CAP)釋放的乙酰膽堿(acetylcholine,ACh)可作用于α7nAChR,抑制促炎因子的產(chǎn)生,并可阻斷 NF-κB等相關(guān)炎性信號分子,阻止AMs向M1型活化,抑制或延遲適應(yīng)性免疫應(yīng)答的啟動[26],參與AMs介導(dǎo)的肺組織炎性損傷的保護機制。

線粒體作為細(xì)胞的能量代謝中心,組織內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的維持與其結(jié)構(gòu)及功能的完整性密不可分[27]。AMs線粒體功能損害在大部分肺組織損傷中存在。線粒體受損后可分泌大量炎性細(xì)胞因子,加重肺損傷[28],而線粒體可通過自噬作用清除結(jié)構(gòu)及功能障礙的線粒體,以維持AMs線粒體的質(zhì)量,從而減輕由線粒體損傷而引起的炎性反應(yīng)[29]。

6 問題與展望

不適當(dāng)?shù)拿庖叻磻?yīng)可能是肺炎損傷形成和發(fā)展的基本形式。病原體定植氣道引發(fā)感染后,通過激活相關(guān)趨化因子作用于AMs,促使其向促炎表型活化,并誘導(dǎo)CD4+T細(xì)胞活化增殖,分泌相關(guān)促炎因子,上調(diào)炎性反應(yīng),加重肺組織損傷。與此同時,這些炎性因子又可增強AMs的抗原提呈能力,加速對CD4+T細(xì)胞的誘導(dǎo)分化及炎性因子的分泌。伴隨著炎性因子的積累,存在于肺泡及局部組織微環(huán)境中,參與免疫穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)的多種結(jié)構(gòu)協(xié)同AMs發(fā)揮其免疫調(diào)節(jié)作用。

越來越多的研究結(jié)果提示,通過抑制M1型AMs活化,并促進其M2抗炎表型活化可以達到控制并減輕肺炎損傷的目的,然而AMs介導(dǎo)其下游的適應(yīng)性免疫應(yīng)答在一定程度上存在對肺組織的保護作用。適度的M1極化似乎有利于啟動更高級的免疫應(yīng)答以清除有害病原體;過度促使M2型AMs極化也會導(dǎo)致肺組織向纖維化方向發(fā)展,引起新的組織損傷。而AMs極化調(diào)控肺炎損傷的具體機制及調(diào)控標(biāo)準(zhǔn)尚無明確報道,因此,基于AMs極化標(biāo)準(zhǔn)調(diào)控肺炎損傷潛在機制的研究可能挖掘更多AMs調(diào)控肺組織損傷的奧秘。

另有相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)在宿主免疫防御戰(zhàn)場充當(dāng)“士兵”的中性粒細(xì)胞,可通過其形成的NETs參與肺泡及局部組織微環(huán)境的免疫調(diào)控。長鏈非編碼RNA轉(zhuǎn)移相關(guān)肺腺癌轉(zhuǎn)錄本1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1,MALAT1) 作為肺炎損傷的預(yù)后因素,可靶向介導(dǎo)AMs參與的炎性反應(yīng)[30],它們與AMs極化之間的機制可為臨床對相關(guān)疾病的防治提供新思路。