本文原载于《中华临床感染病杂志》年第3期
结核病是由结核分枝杆菌(Mycobacteriumtuberculosis，MTB)感染引起的一种慢性传染性疾病，截止到目前仍然是严重威胁人类健康的主要传染性疾病。根据世界卫生组织年结核病报告，估算年全球新发结核病例万，死亡病例万，是全球十大死亡原因之一，在单一传染病居首位[1]，结核病的防治仍面临巨大的挑战。巨噬细胞作为机体的一种免疫细胞，在机体天然免疫和获得性免疫中发挥巨大作用[2]，是抵御病原体入侵机体的第一道防线，可在众多感染性疾病中维持机体稳态和抵抗感染，其中包含结核病。随着细胞与分子生物学的不断发展，人们逐渐认识到巨噬细胞是一种具有高度可塑性的复杂群体[3]，可通过模式识别受体(Pattern-recognitionreceptor,PRR)在先天性免疫系统参与的免疫应答中发挥多种作用。巨噬细胞的功能具有双重性，在宿主保护与组织损伤之间保持良好的平衡。巨噬细胞吞噬、清除和分泌有助于先天性和适应性的抗感染防御[4]。
巨噬细胞作为抵抗MTB主要的宿主细胞，在抗结核感染中发挥着至关重要的作用。MTB感染巨噬细胞时，成熟的巨噬细胞在不同因素诱导下分化成不同表型的亚细胞型，其分布、表型特征、功能、表达的表面因子、分泌的细胞因子均不同，最终导致的感染结局不同。巨噬细胞可以吞噬和杀伤MTB，也可作为抗原提呈细胞启动获得性免疫应答；最为重要的是其作为结核性肉芽肿(MTB与免疫细胞相互作用的最直接部位)的主要细胞群参与MTB的转归。因此，更好地了解MTB感染过程中巨噬细胞的极化，有助于我们深入了解MTB致病的机制[5]。本文就巨噬细胞极化在结核病中的作用研究进展进行综述。
1 巨噬细胞极化
巨噬细胞经过不同的诱导因素刺激可分化为不同表型，并发挥不同功能，这一现象称作巨噬细胞极化。巨噬细胞极化同MTB感染进程及结核发病密切相关[2]。活化巨噬细胞的功能依赖于包括PRRs在内的多种信号通路的调控，导致巨噬细胞极化方向不同[6]。在不同的刺激下，活化的巨噬细胞可能分化成经典激活巨噬细胞(M1型)和选择性激活巨噬细胞(M2型)两个表型[7]。
经典激活途径受抗原特异性T细胞分泌的干扰素-γ以及细菌表面脂多糖(LPS)所诱导，产生的巨噬细胞称为M1型巨噬细胞，以分泌较高水平促炎细胞因子白细胞介素(IL)-12，及少量IL-10为特点，流式细胞术可检测到其表面分子CD86的特征性表达。M1型巨噬细胞在早期MTB感染的抵抗中发挥重要作用，能限制MTB的生长繁殖，是宿主控制MTB感染播散的重要防御屏障[8]。M2型可根据诱导极化的因子不同，进一步分为M2a、M2b和M2c三亚型[9]。M2型巨噬细胞的激活更主要受Th2细胞分泌的IL-4、IL-13等细胞因子调控，分泌抗炎性因子，如IL-10及转化生长因子(TGF)-β及可溶性IL-1受体拮抗剂等，可下调免疫应答、抑制炎性反应及促进组织修复和重塑等[10]，常见的M2型表面标志有CD、CD、半乳糖型受体及趋化因子CC家族(CCLl7和CCLl8)等[11]。最近的研究发现，极化巨噬细胞具有明显的代谢表型，这些表型决定了巨噬细胞的活化状态。M1型巨噬细胞有氧糖酵解增加，M2型巨噬细胞脂肪酸氧化增加[12]。部分研究表明，已经分化的巨噬细胞的表型可发生互相转换。在MTB感染从急性向慢性转变的过程中，促炎细胞因子和抗炎细胞因子之间被认为存在一个转换的"开关"。二者之间的平衡作为一种保护机制可以起到阻止过度炎症反应的作用[13]。
由此推测，在M1型和M2型巨噬细胞中也可存在着类似的"开关"的现象，巨噬细胞极化在控制MTB感染的过程中，M1型和M2型巨噬细胞可存在一个动态转换机制，促进MTB感染从急性向慢性的转变过程；二者之间的动态平衡可作为一种保护机制起到阻止过度炎症反应的作用。类似巨噬细胞极化的"开关"动态转换机制，有利于保护机体在MTB感染的抵抗中发挥重要作用。
2 巨噬细胞极化与MTB感染
巨噬细胞是MTB入侵机体后寄生的主要场所，也是抵抗其感染的免疫细胞之一，是机体获得特异性抗结核免疫的第一步。不同类型巨噬细胞在MTB感染过程中作用不尽相同。M1型能限制MTB的生长；M2型则抑制炎症反应，介导病原体免疫逃逸，在某种程度上被认为导致了MTB的播散。持续感染MTB后可导致M1/M2的混合表达[14]。如何保持M1和M2型之间的功能平衡，可作为了解MTB感染发病机制新的研究对象。加强M2向M1方式转变的研究也许能成为治疗结核病的新思路。目前参与巨噬细胞极化的信号通路已被证实的有JAK、STAT信号通路，JNK信号通路，P13K、AKT信号通路及Notch信号通路等。促进M1型巨噬细胞反应的重要调节因子是核因子-κB(NF-κB)、IFN调节因子(IRF)-5、转录因子(AP)-1、信号转导和转录激活因子(STAT)-1；M2型巨噬细胞反应的关键调节因子是STAT6、IRF4、组蛋白去甲基化酶(JMJD3)和过氧化物酶体增殖剂激活受体(PPAR)-γ。巨噬细胞在不同情况下表型可出现变化，但控制M1/M2极化的分子机制仍未明[15]。
2.1 M1型极化通路与MTB感染
近年来，有诸多研究显示，通过诱导巨噬细胞的极化方向可调节MTB的生长。在病原体感染及出现肿瘤时，脂多糖等通过Toll样受体(TLR)-4或IL-1信号激活下游复合物后通过STAT-l和NF-κB信号通路调节巨噬细胞向M1型极化[16]。橙皮苷衍生物-12(HDND-12)通过调节JAK2/STAT3通路，至少在一定程度上阻止向M1型巨噬细胞极化[17]。4-甲氧基龙胆素(4-ML)可以通过抑制LPS与TLR-4结合，抑制M1型巨噬细胞极化[16]。Chen等[18]研究发现，Wnt信号通过诱导M2型巨噬细胞分化及下调促炎细胞因子的表达在MTB感染中发挥免疫调节作用。Wnt5a的低表达同感染MTB小鼠的肺组织细菌载量及小鼠骨髓来源巨噬细胞(BMDM)呈剂量和时间依赖性。通过动物感染模型发现当Wnt5a表达匮乏时，小鼠肺组织或鼠骨髓来源巨噬细胞的促炎细胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-12、IL-6)含量明显减少，感染MTB的巨噬细胞发生凋亡。在活动性结核患者和健康人群体内，CCL5在M1型巨噬细胞中的表达远高于M2型巨噬细胞，这与CCL5是活化NF-κB的靶基因有关，但也提示CCL5在两种巨噬细胞亚型中的作用不同[19]。MTB肝素结合血凝黏附素(HBHA)和早期分泌性靶抗原(ESAT-6)能够调控巨噬细胞功能的活化状态，影响MTB感染进程和结局。HBHA处理BMDM细胞后，培养上清液中IL-6、IL-12、TNF-a表达量明显增加，诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和TNF-α基因表达升高。处理后的Raw.7细胞中IL-6分泌量增多，TNF-α表达上调，THP-1细胞中C-X-C趋化因子(CXCL)-10基因表达水平升高，与ESAT-6对巨噬细胞的作用结果一致。HBHA和ESAT-6处理BMDM细胞不能增加M2极化分子标志精氨酸酶-1(Arg-1)蛋白的表达，但都能诱导BMDM细胞和Raw.7细胞iNOS生成增加。与野生株感染组相比，MTBH37Rv-ΔRv菌株感染Raw.7细胞后，iNOS蛋白表达水平降低。这都证明了HBHA和ESAT-6具有促进巨噬细胞M1极化的作用[20]。此外，还有研究认为内质网应激反应也可显著增强M1型巨噬细胞的极化，有效清除胞内MTB，表明内质网很可能是宿主M1型巨噬细胞抵抗MTB免疫应答中一个重要的组成部分[21]。
2.2 M2型极化通路与MTB感染
在对关于M2型极化通路与MTB感染的研究过程中，Lopes等[22]发现，在MTB中，重组结核杆菌Dnak(Hsp70)可以通过IL-10调节小鼠树突细胞中促炎细胞因子的产生，Dnak胞外转运依赖的M2型巨噬细胞极化不仅依赖IL-10，还依赖IL-10R信号通路，提示巨噬细胞存在自分泌反馈回路。突出了巨噬细胞表型极化的整体复杂性，巨噬细胞表型极化可能更多的取决于细胞所处的微环境，而不是其他因素。IRAK-M是白细胞介素-1受体相关激酶(IRAK)家族的一员，作为TLR信号通路的负调控因子，在单核细胞和巨噬细胞中特异性表达。感染MTB的巨噬细胞和人肺组织中IRAK-M水平升高。IRAK-M在MTB感染过程中主要影响缺氧诱导因子(HIF)-1和丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号的级联反应。在MTB感染过程中，IRAK-M可改变巨噬细胞极性，促进MTB胞内生存，影响宿主Th1型免疫，IRAK-M敲除诱导M1型，抑制巨噬细胞M2型极化[23]。MTB-特异性多肽E7可诱导单核-巨噬细胞向M2型分化，其作用机制与PPAR-γ涉及的非受体酪氨酸激酶信号转导子和转录激活子信号通路相关[24]。Rvc[MTB休眠生存调节剂(DosR)的潜伏相关抗原]在MTB感染中诱导免疫抑制。M2型巨噬细胞还可通过糖酵解和ERK通路交互式调控代谢[25]。Gao等[26]研究证明了激活M2型巨噬细胞在MTB感染中诱导Th2型-相关免疫应答发病机制的作用，表明IL-10和M2型巨噬细胞在DosR诱导的免疫调节中的作用，提示Rvc是MTB的致病抗原，可能是潜伏感染复发的关键。
以上诸多研究表明，在巨噬细胞极化与MTB感染过程中，通过对M1型及M2型多种信号通路的研究与干预，对不同类型巨噬细胞的极化方向进行诱导，能对MTB生长进行调节。具体研究方向可分别从天然免疫及保持M1和M2型细胞之间功能的平衡着手，将其作为了解MTB感染发病机制新的研究对象，也许能成为治疗结核病的一种新思路。
3 巨噬细胞极化与结核性肉芽肿形成
结核性肉芽肿的形成被认为是多种免疫细胞在数天至数周内对持续存在或降解不良的抗原产生免疫应答的结果。巨噬细胞和T细胞的相互作用是天然免疫和适应性免疫之间联系的关键。单核-巨噬细胞的活化和募集受Th1和Th2细胞的调控，可分别促进细胞和纤维化的进程。肉芽肿形成后，T细胞活化下调可能导致M1向M2转移[27]，或由Th1向Th2为主的表型转变。
巨噬细胞极化状态在调控结核性肉芽肿的形成和发展中发挥着重要作用，Huang等[5]为研究结核性肉芽肿形成过程中巨噬细胞极化序列，在肺结核患者肺组织中发现，坏死和非坏死肉芽肿中均有巨噬细胞表达CD，而iNOS表达水平较低；表明M2巨噬细胞在活动性肺结核患者肉芽肿组织中为主要活化形式。而在肺结核患者的非肉芽肿性肺组织中，iNOS和CD均有高表达，表明肺结核患者肺组织中M1和M2型巨噬细胞共存。不同极化状态下巨噬细胞肉芽肿结构形成的速度相似。M1型巨噬细胞诱导IFNγ＋LPS促进肉芽肿形成，表现为肉芽肿组织结构及数量的增加和巨噬细胞体积的增加；而可能由IL-10介导的M2型巨噬细胞，其诱导IL-4显著抑制结核性肉芽肿的形成。Marino等[8]建立计算模型复制了许多灵长类动物(NHP)坏死与非坏死的肉芽肿模型，可见M1样巨噬细胞靠近核心，M2样巨噬细胞位于肉芽肿外区的空间构象，其空间组织是肉芽肿形成过程中宿主-病原体相互作用产生的，并不直接影响肉芽肿结局。经典M1型肺泡巨噬细胞作为首先结合吸入MTB的细胞，在吞噬体与相应的分泌ESAT-6的作用下，MTB扩散到附近的血管，导致外周单核细胞分化成M1型巨噬细胞。局部炎性环境与凋亡的巨噬细胞二者共同作用趋化天然与适应性免疫细胞，创建一个影响肉芽肿发生与转归的微环境。ESAT-6驱动宿主巨噬细胞分化和活化，在感染后期诱导肉芽肿形成并破坏免疫应答。MTB分泌ESAT-6以促进肉芽肿的存活，而ESAT-6可调节巨噬细胞炎性M1表型和诱发M1型巨噬细胞免疫调节M2表型。MTB在体内存活并缓慢扩散，M2型巨噬细胞和微环境有利于具有Th2和Treg免疫反应特征的结核性肉芽肿的形成，即ESAT-6驱动非极化M0巨噬细胞和抗炎M2巨噬细胞向促炎M1表型分化，进而诱导全活性巨噬细胞从M1向M2表型转换[28]。
以上研究表明，巨噬细胞极化状态在调控结核性肉芽肿的形成和发展中发挥着无可替代的作用，巨噬细胞分化途径的不同是导致部分肉芽肿可以抑制MTB的传播，而另一部分则促进病原体传播的原因。在结核性肉芽肿中，不同类型的巨噬细胞存在着空间分布的特征：M1型靠近肉芽肿中心坏死区域而M2型靠近外周部分。越来越多的研究表明[5,27,28]，巨噬细胞极化同结核性肉芽肿形成和发展过程有着极强的相关性，巨噬细胞极化类型的不同和功能的改变很有可能是导致结核性肉芽肿结局不同的原因之一，并且在调控结核性肉芽肿发生发展过程中发挥着关键作用。
4 巨噬细胞极化与结核病
巨噬细胞的极化方式显著影响抗结核感染免疫的结局已被证实。在MTB感染机体的过程中，巨噬细胞极化介导的免疫应答对感染过程的表现和转归起着重要的作用。越来越多的研究证明，巨噬细胞的极化可能成为治疗结核病的一种新方法。
4.1 巨噬细胞极化中趋化因子与结核病
对于活动性结核患者单核细胞来源的巨噬细胞(MDM)趋化因子C-C基序配体5(C-Cmotifligand5，CCL5)[29]的表达水平，刘艳华等[19]研究提示，活动性结核患者MDM极化为M1型时，CCL5的升高倍数高于健康人；活动性肺结核患者MDM极化M2型时，CCL5的升高倍数与健康人相似，提示巨噬细胞CCL5参与结核病的感染免疫。刘艳华等[30]发现健康者MDM从M0型向M2型极化过程中趋化因子受体-4(CXCR4)[31]的表达显著升高，提示CXCR4与泛素结合可能是M2型MDM发挥抗炎症作用的重要机制，而结核患者M2型MDM中CXCR4的表达显著低于健康者，提示结核患者M2型MDM中CXCR4泛素介导的抗炎症作用受到损伤，这或许是结核患者持续的炎症反应造成组织损伤的重要机制。
4.2 巨噬细胞极化中细胞因子与结核病
针对健康受试者和结核病患者体内的抗炎细胞因子IL-37水平的检测研究，Huang等[32]发现其在结核患者血清中表达降低，治疗后又恢复，且血清中IL-37水平同IFN-γ、IL-12呈负相关，与IL-10、TGF-β呈正相关。而IL-10、TGF-β作为M2型细胞的特征性细胞因子已成为共识。因此认为IL-37可通过抑制促炎细胞因子的分泌以及诱导巨噬细胞向M2型分化在结核病发生、发展的过程中发挥病理作用，增强巨噬细胞向M2型的分化，防止M1型诱导的Ⅰ型免疫应答造成的急性炎症损伤。Pineros等[14]使用了两种不同的方案，分别在MTB感染前后进行致敏和过敏原激发，只有在过敏源暴露后，而不是在感染前，对MTB的耐药性才会增加。暴露于变应原的受感染小鼠表现出较低的细菌负荷和肺部细胞浸润。变应原刺激后对感染的抵抗力增强与交替极化巨噬细胞(M2型巨噬细胞)和IL-33水平的基因表达增加有关。因此与IL-37同属IL-1家族的IL-33也同M2型巨噬细胞的极化存在一定关联，全身IL-33治疗可有效减轻MTB感染，并且有可能作为重症结核病的替代治疗。
4.3 巨噬细胞极化免疫补体调节蛋白抑制物与结核病
免疫补体调节蛋白C1抑制物(C1INH)是一个急性时相蛋白，是一种蛋白酶抑制物，在患者致命感染性休克时，C1INH水平趋于正常，但灭活的C1INH则增加，尤其感染性炎症区C1INH水平可增加2.5倍。吴世舜等[33]研究发现，C1INH抑制单核细胞在巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)源性M1型的CD14、CD和粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)源性M2型的CD表型；C1INH减少M1的肿瘤坏死因子(TNF-α)和IL-6表达，而增加M2型的15脂氧合酶(ALOX15)和IL-10表达。C1INH抑制M1型的iNOSmRNA，而提高M2的精氨酸酶1(Arg1)mRNA表达。C1INH增强极化巨噬细胞杀菌活性和对菌吞噬功能即促进M1型的杀菌活性和M2型对菌的吞噬功能。因此C1INH调节巨噬细胞极化，可能成为一种潜在的治疗炎症反应的新药物。
4.4 巨噬细胞极化中PD-1/PD-L1与结核病
在人类结核病中，PD-1/PD-L1通路使MTB抑制T细胞免疫应答，PD-1/PD-L1信号通路的阻断可能对MTB等慢性感染患者有益[34]。Barber等[35]证实，诱导PD-1表达是必要的，以抑制活动性感染期间导致组织损伤的免疫应答加剧。这一途径在MTB感染过程中对CD8＋T淋巴细胞功能调控的作用尚未得到深入研究。在此背景下，Suarez等[36]研究显示，CD8＋T淋巴细胞通过诱导受感染的巨噬细胞凋亡有助于MTB感染的控制。CD4＋T淋巴细胞和CD8＋T淋巴细胞上的PD-1在结核性胸膜炎患者的胸腔积液标本感染部位均有高表达。M1型巨噬细胞更容易被抗原特异性CD8＋T淋巴细胞杀伤，而M1型靶细胞上PD-L1的高表达抵消了CD8＋T淋巴细胞的活化，抑制了细胞毒性因子对巨噬细胞的杀伤。证明PD-1和PD-L1在人类结核病感染部位高表达，证实MTB感染与PD-1/PD-L1表达增加和巨噬细胞的选择性活化有关，PD-1/PD-L1通路在体外调节过程中存在对M1靶点抗原特异性的细胞毒性作用。
在关于结核性胸膜炎患者中PD-1调控的T细胞免疫应答研究中，Li等[37]从结核性胸膜炎患者中选择胸膜液单核细胞(PFMCs)和健康供体中的胸膜液单核细胞(PBMCs)，研究发现PFMCs中表达PD-1的CD4＋T和CD8＋T淋巴细胞数量增加，这些细胞优先显示极化效应记忆表型。MTB特异性抗原刺激增加表达PD-1的CD4＋T和CD8＋T淋巴细胞数量，这与PFMCs中IFN-γ的产生和PD-L1抗原提呈细胞直接相关。阻断PD-1/PD-L1通路可提高IFNγT淋巴细胞的百分比，表明PD-1/PD-L1通路对T淋巴细胞效应器功能起负性调节作用。此外，表达PD-1的CD4＋T和CD8＋T淋巴细胞亚群在产生Th1细胞因子方面表现出比PD-1更大的记忆表型、激活和效应器功能。IL-12是一种重要的免疫调节细胞因子，通过选择性诱导CD4-PD-1T-bet和CD8-PD-1T-bet细胞中STAT4的磷酸化，增强了PD-1的表达，恢复了强烈的IFNγ反应。因此，这项研究揭示了以前未知的由PD-1调节的T淋巴细胞免疫应答机制，可能对TBP的潜在免疫干预有意义。
结核病治疗的强化阶段与PD-1、PD-L1和PD-L2基因表达显著下降有关。活动性结核病患者NK细胞、CD8＋T和CD4＋T淋巴细胞表面PD-1蛋白表达与对照组相似，但随着结核病治疗的成功，PD-1蛋白表达下降，以NK细胞下降最多，其次是CD8＋T淋巴细胞和CD4＋T淋巴细胞。强化治疗成功后，颗粒酶B/PD-1共表达下降。活动性肺结核患者PD-L1基因表达增高。然而，PD-1和PD-L2未观察到这种情况。Hassan等[38]通过对结核病治疗调控PD-1/PD-L1通路的研究，提示PD-1轴有望成为未来免疫调节治疗的靶点。
研究表明，对重症结核病、活动性肺结核、结核性胸膜炎患者及健康受试者等进行临床研究的实验过程中，随着人们对巨噬细胞极化介导各种免疫应答的逐步深入探索，对于结核患者持续的炎症反应造成组织损伤的重要机制、重症结核病的替代治疗、在MTB感染过程中巨噬细胞的选择性活化及靶点抗原特异性的细胞毒性作用的作用机制，已经有了初步的研究进展。一系列对于参与结核病发生、发展与转归的深入研究可作为结核病治疗的新辅助手段，即成为治疗结核病的新途径，甚至有望成为结核病的替代治疗的新方法。
5 结语
综上所述，巨噬细胞极化在潜伏结核感染、结核性肉芽肿形成及其结核病的发生、发展、预后及转归过程中起到了重要的作用，其中M1型巨噬细胞在早期MTB感染的抵抗中发挥重要作用；M2型细胞可下调免疫应答、抑制炎性反应及促进组织修复和重塑等。在结核性肉芽肿形成和发展过程中，巨噬细胞极化类型的不同和功能的改变可导致结核性肉芽肿的结局不同。通过进一步对M1型及M2型多种信号通路的研究与干预，对不同类型巨噬细胞的极化方向进行诱导，可着手进行对MTB生长调节的干预。而从天然免疫及保持M1和M2型之间细胞功能的平衡着手，有助于我们从根本途径了解巨噬细胞亚型极化方向的机制，对于人们进一步认识结核病的机制，以及宿主靶向干预开辟新的途径。迄今为止，我们对结核病巨噬细胞极化的认识和了解还远远不够，今后，应侧重并深入了解巨噬细胞极化与结核病二者之间的关系，有助于新型结核的免疫制剂的研发，为结核病的预防和治疗奠定重要的理论基础。
利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突
参考文献
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