巨噬细胞,人类免疫系统的精灵。既能“上天”吞噬和杀灭胞内寄生虫、细菌等外来侵略者;又能“入地”吞噬和消灭肿瘤细胞、自身衰老和死亡的细胞,并能发挥机体的免疫防御、免疫自稳、免疫监视功能的抗原递呈细胞。 说起巨噬细胞你的第一印象可能是:白细胞,吞噬,M1/M2。其实巨噬细胞的作用可不仅仅是充当免疫细胞。其实巨噬细胞在发育,组织重塑,伤口愈合,血管生成和新陈代谢中的作用巨大。让我们跟着一篇发表在知名学术期刊 Nature 子刊 Cell Mol Immunol的综述文章,一起看看巨噬细胞的故事吧。
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巨噬细胞的发现
图 1 巨噬细胞是一个传感器
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巨噬细胞起源
所有的巨噬细胞,包括组织驻留细胞,都可表达模式识别受体,使它们能够对激活刺激作出反应。因此,所有的巨噬细胞,包括卵黄囊来源的组织驻留巨噬细胞,都可以对各种刺激性输入作出反应。此外,所有巨噬细胞在响应其微环境变化而改变其表型的能力上均表现出可塑性。因此,所有巨噬细胞都有可能对腺苷,PGE2或组织中产生的其他调节分子产生反应,从而抑制炎症反应和产生组织修复的反应。
我们认为,可能存在两种主要的组织衍生影响,使组织驻留巨噬细胞向免疫细胞表型偏移。
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第一,在稳定状态下,组织驻留的巨噬细胞可能会长时间暴露于组织衍生的调节因子种,这些调节因子(包括腺苷,PGE 2和RESOLVIN)可以促进细胞生长增殖以维持正常组织发育。这些调节因子还暴露于凋亡细胞中,调节其表型。 -
第二,巨噬细胞生长因子(英文名叫M-CSF,是由许多细胞产生的),促使巨噬细胞偏向于促进生长和血管生成的M2表型。在稳态期间,M-CSF占主导,而在炎症期间,炎性粒细胞M-CSF被短暂产生以促进所有暴露的巨噬细胞的炎症反应。
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改变巨噬细胞生理的感受输入
关于巨噬细胞是否对其局部微环境中产生的细胞因子非常敏感,目前尚无争议。影响巨噬细胞生理学的两种最广泛研究的细胞因子是 IFN-γ 和 IL-4 。
事实上,正因为 IFN-γ 和 IL-4 对巨噬细胞生理学产生了截然相反的影响,因此,巨噬细胞被描述为M1型和M2型。M1型巨噬细胞表达IFN-γ的高亲和力受体,响应IFN-γ,它们经历了无数的基因表达变化,成为有效的抗菌细胞。简言之,细胞介导的免疫反应产生IFN-γ,激活巨噬细胞并杀死细胞内生物体。M2型巨噬细胞生理学中的作用也已被广泛研究。IL-4(Th2产生的一种细胞因子)主要是在对蠕虫感染和过敏反应产生的,对巨噬细胞产生深远的影响,使它们呈现一种称为“交替激活”的状态。乍一看,治愈反应可能并没那么依赖主要由适应性免疫细胞产生的单一细胞因子(如IL-4)。事实上,有许多伤口愈合的实验例子,独立于适应性免疫而发生。(例如,伤口愈合通常发生在缺乏成熟T细胞的SCID小鼠身上。肉芽组织的产生实际上可以在不受淋巴细胞影响的情况下增加。在IL-4R基因敲除小鼠中可以观察到伤口愈合巨噬细胞,伤口愈合的巨噬细胞表型不需要IL-4或IL-13。)。最近的研究表明,M1型巨噬细胞向M2型巨噬细胞转化过程中还涉及其他途径,M2型巨噬细胞独立于IL-4和IL-13。
在细胞因子的刺激下,巨噬细胞既能促进炎症反应,又能抑制炎症,促进组织修复功能。
1. 腺苷
腺苷是一种嘌呤核苷,来源于内源性产生的ATP。在应激时,巨噬细胞释放的ATP通过胞外酶CD39和CD73在细胞表面迅速转化为腺苷。腺苷通过四个G蛋白偶联受体(A1r、A2Ar、A2Br和A3)感知;其中两种,A2Ar和A2Br,通过Gαs信号导致细胞内cAMP水平升高。A2Ar和A2Br信号通过抑制炎症细胞因子的产生和增加巨噬细胞产生IL-10,从而增强腺苷的调节作用。腺苷传感也导致VEGF的产生(VEGF是血管生成和伤口愈合的重要生长因子)。
PGE2是一种内源性脂质,来源于质膜中的花生四烯酸。PGE2是作用最广泛、研究最多的前列腺素。巨噬细胞通过细胞表面的四个G蛋白偶联受体(EP1、EP2、EP3和EP4)感知。PGE2由巨噬细胞产生。应该认识到,在巨噬细胞激活的情况下,PGE2诱导抗炎反应,并在体内平衡的恢复中发挥积极作用。PGE2感应可抑制巨噬细胞释放炎性细胞因子(包括TNF、IL-1β和IFNβ)。PGE2的大部分抗炎作用是通过EP2和EP4受体产生的,进而导致细胞内cAMP的释放。PGE2已被证明在骨骼肌再生中发挥作用。此外,巨噬细胞源性PGE2通过影响中性粒细胞的募集,在组织损伤部位炎症的解决中发挥关键作用。
溶血素是另一类脂质介质,有助于巨噬细胞的稳态作用。溶血素由ω-3多不饱和脂肪酸、二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸衍生而来,分为E系列和D系列。溶血素受体是三个G蛋白偶联受体(GPR32、GPR18和ChemR23)。人类巨噬细胞在大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的刺激下产生溶血素D2(RvD2)和D5(RvD5)。溶血素D1(RvD1)通过其在巨噬细胞上的受体GPR32发出信号,以减少IL-1β和IL-8的分泌,减少趋化性,并增加吞噬作用。RvD2能够抑制小鼠巨噬细胞中NLRP3炎症体的激活。RvD1和RvD2还可降低人肺泡巨噬细胞产生的IL-6和TNF水平,并增加人单核细胞源性巨噬细胞产生的TGFβ水平。
4. 脂毒素
脂毒素是另一类脂质介质,来源于花生四烯酸,有助于巨噬细胞的分解激活。LXA4和LXB4是由脂氧合酶(15-LO、5-LO和12-LO)产生的脂蛋白。在阿司匹林存在的情况下,COX-2产生稳定的AT-LXA4和AT-LXB4。ALX/FPR2是LXA4和AT-LXA4的G蛋白偶联受体。LXA4已被人类肺泡巨噬细胞以皮克水平产生,并且这些水平在LPS刺激下会增加。通过减少IκB和核因子κB的磷酸化来应对巨噬细胞中的LPS。LXA4通过降低IκB和核因子-κB的磷酸化来降低巨噬细胞中LPS引起的TNF水平。。LXA4还显示抑制RAW264.7巨噬细胞中活性氧的产生和G-CSF的分泌。
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巨噬细胞和机体发育
卵黄囊祖细胞衍生的巨噬细胞出现在胚胎发育早期。在发育过程中,一旦胎儿完全成形,一些组织需要就需要重建以呈现其最终形状。这种重建,包括去除细胞以打开新的空间或改变器官的大小和形状。主要通过程序性细胞死亡(PCD)和巨噬细胞清除凋亡细胞来完成。魔鬼词典:细胞的N种花样死法>
一个最好的例子是,指间细胞死亡可以使在胚胎发育过程中由指间膜连接的手指分开。巨噬细胞负责重新吸收细胞碎片和促进组织重组。胚胎发生过程中,巨噬细胞功能的改变可导致组织和器官发育缺陷,但缺乏B细胞和T细胞的小鼠在发育过程中无明显缺陷。
巨噬细胞和神经系统发育
在中枢神经系统(CNS)的发育和维持中,巨噬细胞(不仅包括小胶质细胞,也包括中枢神经系统相关巨噬细胞)起着重要作用。巨噬细胞通过分泌对营养因子,促进神经元的分化和存活,维持神经元功能。中枢神经系统缺乏巨噬细胞控制与身心疾病有关(如抑郁症和炎症性肠病)。巨噬细胞与神经系统在调节胃肠运动方面存在重要关系。巨噬细胞沿着神经纤维紧密定位,在那里它们向神经元提供持续的信号以控制胃肠运动。此外,神经元在维持巨噬细胞内环境稳定中起着关键作用。最近的研究表明,肠道感染可导致神经元迅速丧失,巨噬细胞可通过β2-肾上腺素能受体信号在防止神经元细胞死亡中发挥神经保护作用。
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结束语
[1]Macrophages and the maintenance of homeostasis. Cell Mol Immunol (2020).
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