張鑫愉 牛燕媚 傅力

1天津醫(yī)科大學生理學與病理生理學系（天津 300070）

2天津醫(yī)科大學康復醫(yī)學系

1 代謝性炎癥反應與脂肪組織M1型巨噬細胞分泌抗炎因子占優(yōu)勢密切相關(guān)

脂肪組織中存在兩種巨噬細胞族群，在正常及消瘦狀態(tài)下，以 M2型巨噬細胞表面表達并分泌的CD206和 CD301抗炎因子占優(yōu)勢。而在肥胖狀態(tài)下以誘發(fā) CD11為表面抗原的M1型巨噬細胞為主，并分泌各種促炎因子。目前的研究普遍認為，機體內(nèi)的巨噬細胞和脂肪細胞是細胞趨化因子的主要來源，單核細胞趨化蛋白（monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1）和角質(zhì)細胞來源的趨化因子（keratinocyte-derived chemokine，KC）表達增加是引起脂肪組織巨噬細胞累積的機制之一[1]。研究表明，葡萄糖、棕櫚酸及胰島素混合物可誘導巨噬細胞分化為M1型促炎巨噬細胞，其依賴過氧化物酶增殖活化受體 γ（peroxisome proliferator-activated receptor gamma，PPAR-γ）以及P62表達并分泌包括 IL-1β等在內(nèi)的多種促炎細胞因子[2]。在體研究發(fā)現(xiàn)，當巨噬細胞長期浸潤于富含游離脂肪酸的環(huán)境時，也可引起此種改變[3]。Th1型細胞色素，如γ干擾素（Interferon-γ，IFN-γ）或病原相關(guān)分子模型（pathogen associated molecular patterns，PAMPs）、脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）等均可誘導巨噬細胞向M1型分化。反之，M1型巨噬細胞分泌的如 IL-6、TNF-α、IL-1β、IL-12、IL-23 等多種細胞色素也可引起 Th1型應答[4]。M1型巨噬細胞高表達組織相容性復合物亞基 II（major histocompatibility complex class II，MHC-II）、CD80、CD86、CD68 及趨化因子 CXCL9和 CXCL10[5]。除 IFN-γ和LPS外，干擾素調(diào)控因子（interferon regulatory factor，IRF）、信號轉(zhuǎn)導和轉(zhuǎn)錄活化因子（signal transducers and activators of transcription，STAT）及細胞色素信號抑制因子（suppressor of cytokine signaling，SOCS）等也與 M1型巨噬細胞極化有關(guān)。其中，IRF5可誘導白介素12 p40亞基（interleukin-12 subunit p40，IL-12p40）、IL-12p35 和 IL-23p19的轉(zhuǎn)錄，并抑制抗炎因子 IL-10轉(zhuǎn)錄，并在機體內(nèi)產(chǎn)生促炎內(nèi)環(huán)境進而促使巨噬細胞向 M1型極化。巨噬細胞極化為M1型后核轉(zhuǎn)錄因子-κB（nuclear factor-κB，NF-κB）以及磷脂酰肌醇3激酶（phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）活性增加，促進NO的產(chǎn)生[6]。另外，髓系分化原始應答基因 88（myeloid differentiation primary response gene 88，MyD88） 可作為適應蛋白活化下游信號通路，促進炎癥因子表達，誘導巨噬細胞向 M1型極化。STAT6可誘導M2巨噬細胞極化，PPARγ及 PPARδ在此過程中發(fā)揮著重要作用。肥胖能夠增加脂肪組織巨噬細胞M1型巨噬細胞極化，減少M2型巨噬細胞活化，最終使脂肪組織巨噬細胞向促炎表型發(fā)展并導致肥胖誘導的慢性低炎癥狀態(tài)與胰島素抵抗[7]。

代謝性炎癥可導致機體代謝失調(diào)，如2型糖尿病、肥胖等，但具體機制目前尚不清楚。研究表明，機體發(fā)展成肥胖之前內(nèi)臟脂肪內(nèi)M2型巨噬細胞CD1d表達減少——可影響M2型巨噬細胞抗原特異性并促使巨噬細胞從M2型轉(zhuǎn)換為M1型。在CD1d敲除小鼠可出現(xiàn)M2型巨噬細胞活化自然殺傷T（natural killer T，NKT）細胞并促進肥胖小鼠脂肪組織 Th2型應答及巨噬細胞 M2型極化、抑制代謝性炎癥及胰島素抵抗，而M1型巨噬細胞活化的NKT細胞占優(yōu)勢，可通過促進Th1型應答、抑制M2型巨噬細胞極化加重代謝性炎癥及胰島素抵抗[8]。肥胖發(fā)生過程中機體脂肪細胞以及脂肪組織巨噬細胞分泌促炎因子如游離脂肪酸、甘油三酯、抵抗素、瘦素、視黃醇結(jié)合蛋白4（retinolbinding protein 4，RBP4）、IL-6、TNF-α、IL-1β 等增加[9，10]，增加的促炎因子可活化諸多促胰島素抵抗的炎癥因子如c-Jun氨基末端應激應答激酶（stress-responsive c-jun NH2-terminal kinase，JNK）、κB 激酶抑制因子（inhibitor of κB kinase，IKK）、細胞外信號調(diào)控激酶1/2（extracellular signal-regulated kinase 1 and 2，ERK1和2）、分裂素活化蛋白激酶p38（mitogen-activated protein kinase p38，p38MAPK）等的表達，促進胰島素受體底物（insulin receptor substrates，IRS）酪氨酸位點磷酸化、PI3K激活并降低 Akt絲氨酸位點磷酸化[11]，從而抑制組織細胞胰島素信號通路活性。

2 代謝性炎癥反應可能由TLRs的高活性狀態(tài)造成

誘導炎癥因子表達是啟動機體炎癥應答反應的基礎，NF-κB、STAT、AP-1、早期增長應答蛋白（Early growth response protein，EGR）和缺氧誘導因子（hypoxia-inducible factor，HIF）家族是誘導巨噬細胞活化及動脈粥樣硬化形成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，均受 Toll樣受體（toll like receptors，TLRs）和促炎細胞色素受體的驅(qū)動。代謝性炎癥及胰島素抵抗也可能與TLRs活化NF-κB、STAT1和Caspase-1誘導 IL-1β 產(chǎn)生并調(diào)節(jié)巨噬細胞極化相關(guān)。上述物質(zhì)一旦活化，促使脂肪組織中巨噬細胞向 M1型極化。值得一提的是，肥胖時 TLR4表達增加，且它的缺失可減輕脂肪組織中的炎癥反應、肥胖以及胰島素抵抗[12，13]。

TLRs是巨噬細胞內(nèi)選擇性識別病原的膜轉(zhuǎn)運蛋白，各亞基分別鑒別不同抗原。其中，TLR4識別革蘭氏陰性菌表面的脂多糖，TLR2感受肽聚糖、細菌表面脂蛋白以及酵母細胞壁，從而啟動機體特異性免疫應答，當TLRs長期處于高活化狀態(tài)時可誘發(fā)組織代謝性炎癥并導致組織細胞胰島素信號受損[14]。除 TLR3外，TLRs均可活化 NF-κB、AP-1以及 IRF家族等轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，誘導 IL-6、TNF-α、IL-1β等多種炎癥基因的表達。除此之外，TLR1、2、6還包含 PI3K 結(jié)合序列，活化 PI3K 促進NO產(chǎn)物[15]。以TLR4為例，其調(diào)控的炎性基因的活化需要移除轉(zhuǎn)錄共阻遏復合物——NCoR/SMRT復合物并募集轉(zhuǎn)錄活化因子發(fā)揮炎癥基因轉(zhuǎn)錄去抑制作用，誘發(fā)促炎因子表達[16]。其去抑制過程如下，基礎狀態(tài)下核受體共阻遏物（nuclear receptor corepressor，NCoR）與轉(zhuǎn)導 β 樣蛋白1（transducing β-like protein 1，TBL1）、TBL1 相 關(guān) 蛋 白（TBL1-related protein，TBLR1）和組蛋白去乙酰化酶3（histone deacetylase，HDAC3）等形成共阻遏復合物，并通過 c-Jun募集至 AP靶向炎癥基因啟動子區(qū)域，發(fā)揮轉(zhuǎn)錄抑制作用；當 c-Jun氨基激酶或相關(guān)激酶磷酸化絲氨酸63及73位點時，活化狀態(tài)的 c-Jun可募集E2連接酶泛素化標記 NCoR并共募集19S蛋白酶體降解 NCoR，將共阻遏復合物從靶向基因上移除。隨后，啟動子區(qū)域 c-Jun/c-Fos形成二聚體并與 TBLR結(jié)合成共活化復合物，起始靶向基因應答[17，18]。

TLRs除了啟動細胞內(nèi)炎癥應答，對維持代謝穩(wěn)態(tài)也發(fā)揮著重要作用。研究表明，在 C2C12肌管細胞以及原代人類骨骼肌細胞中，激動劑活化 TLR4可促進葡萄糖酵解，抑制脂肪酸氧化，誘導胰島素抵抗[19]。在免疫細胞內(nèi)也是如此，炎癥因子刺激巨噬細胞糖酵解，抑制氧化磷酸化過程[20]。高脂飼料喂養(yǎng)可誘導小鼠的骨骼肌細胞 TLR4長期處于高活化狀態(tài)并誘發(fā)機體免疫應答，導致肥胖及胰島素抵抗。在體研究發(fā)現(xiàn)，骨骼肌TLR4過表達小鼠表現(xiàn)出體重增加及胰島素耐量、糖耐量受損；敲除TLR4后，小鼠空腹血糖和骨骼肌細胞脂質(zhì)合成酶降低，導致骨骼肌組織甘油三酯累積并對抗高脂誘導的胰島素抵抗。在C2C12肌管細胞內(nèi)，抑制TLR4活性可改善棕櫚酸和油酸鹽誘導的胰島素抵抗[21-23]。

3 NCoR在調(diào)節(jié)炎癥因子表達及胰島素敏感性中發(fā)揮雙重作用

PPARγ是核受體家族的一員，在脂肪組織內(nèi)含量豐富，對脂肪細胞分化、胰島素抵抗及脂聯(lián)素的分泌至關(guān)重要。核受體控制的基因轉(zhuǎn)錄，包括 PPARγ等在內(nèi)的基因轉(zhuǎn)錄均依賴于多蛋白調(diào)節(jié)因子復合物——共阻遏復合物以及共轉(zhuǎn)錄復合物，它們通過多種方式調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄，包括組蛋白乙?；?、染色體重塑或直接與基礎轉(zhuǎn)錄復合物相互作用，類維生素A及甲狀腺激素受體沉默調(diào)節(jié)子（silencing mediator of retinoid and thyroid hormone receptors，SMRT）和 NCoR 是其中兩個重要的核轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子[24]。研究表明，特異性敲除小鼠脂肪細胞 NCoR可增加 PPARγ應答基因 FAS、ACC、SREBP-1c、SCD1及 SCD2等的表達并顯著增加胰島素敏感性，這一效應可能是由于敲除NCoR后增加促胰島素敏感的脂聯(lián)素表達所導致的[25]。

巨噬細胞內(nèi)炎癥因子的表達受各種轉(zhuǎn)錄因子及調(diào)節(jié)因子控制，其中 NF-κB、AP1、PPAR 家族、肝臟X受體（liver X receptors，LXR）以及與之相關(guān)的共調(diào)節(jié)因子均發(fā)揮著重要作用。如前所述，理論上信號依賴性炎癥通路活化后，NCoR從啟動子復合物上解離，炎癥轉(zhuǎn)錄因子如 NF-κB和 AP1去抑制，其調(diào)控的靶向基因表達增加，組織中巨噬細胞極化為M1型促炎巨噬細胞[26]，但事實上敲除 NCoR時并未引起大量炎癥基因轉(zhuǎn)錄去抑制效應，這可能與 NCoR在不同組織細胞內(nèi)功能特異有關(guān)。如在脂肪細胞中，敲除 NCoR可產(chǎn)生明顯的 PPARγ去抑制效應，而在骨骼肌細胞則主要產(chǎn)生活化 PPARδ與肌肉增強因子（myocyte enhancer factor，MEF）的作用[27]。

盡管 NCoR與靶向基因啟動子區(qū)域相結(jié)合可抑制炎癥基因表達，但巨噬細胞 NCoR敲除（macrophage NCoR knock out，MNKO）小鼠表現(xiàn)出抗炎、胰島素敏感表型，高脂喂養(yǎng)MNKO小鼠表現(xiàn)出脂肪組織巨噬細胞累積且在缺失 NCoR的巨噬細胞及附睪脂肪組織內(nèi)表現(xiàn)出降低內(nèi)在炎癥及與胰島素敏感性增加。在高脂喂養(yǎng)的 MNKO小鼠肝臟組織內(nèi)巨噬細胞標記物——F4/80和CD11c及炎癥基因表達降低[28]。機制研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細胞 NCoR敲除的主要效應便是去抑制LXR，從而誘導活化不飽和脂肪酸，如增加棕櫚油酸以及 ω3脂肪酸生物合成，抑制 NF-κB下游結(jié)合區(qū)域p65轉(zhuǎn)錄功能，從而抑制炎癥因子表達，增加胰島素敏感性。敲除巨噬細胞NCoR后，脂肪酸代謝相關(guān)基因明顯去抑制，包括涉及亞油酸代謝、非游離脂肪酸代謝一些基因，產(chǎn)生增加脂肪酸氧化代謝的效應。研究表明，許多去抑制基因編碼合成的不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸的酶均具有抗炎或者胰島素增敏效應，包括不飽和長鏈脂肪酸產(chǎn)生抗炎因子，它們反過來可催化棕櫚油酸的合成[29]，最終產(chǎn)生改善機體脂質(zhì)代謝、增加胰島素敏感性的作用。

4 運動通過改善代謝性炎癥糾正機體代謝失調(diào)

缺乏運動可導致內(nèi)臟脂肪累積，促進炎癥細胞滲透入脂肪組織，增加脂肪因子沉積并導致代謝性炎癥，這一變化是引起神經(jīng)退行性變，胰島素抵抗等多種疾病的病理基礎。相對地，長期低強度運動可增加抗炎因子并預防多種慢性疾病的發(fā)生，這可能與運動降低內(nèi)臟脂肪沉積，降低巨噬細胞M1促炎型與M2抗炎型比例并抑制巨噬細胞滲透入脂肪細胞，構(gòu)建一個抗炎內(nèi)環(huán)境有關(guān)[30]。研究表明，長期有氧運動可降低脂肪組織內(nèi)M1型巨噬細胞的特異性標記物——CD11c mRNA表達并增加 M2型巨噬細胞標記物——CD163 mRNA表達[31]，但在安靜高脂肥胖小鼠脂肪組織內(nèi)M2型巨噬細胞表面標記物內(nèi)皮精氨酸酶（endothelial arginase 1，Arg1）和 CD206增加，而在高脂加長期運動組則降低，這一現(xiàn)象提示，在小鼠體內(nèi)改善炎癥效應可能同時伴隨 M1和M2型巨噬細胞的降低[32]。長期有氧運動也可降低高脂肥胖小鼠脂肪組織內(nèi) TNF-α和 CD11c mRNA水平[33]。單次運動可誘導高脂小鼠內(nèi)臟脂肪及基質(zhì)血管成分內(nèi)的巨噬細胞發(fā)生M1-M2型轉(zhuǎn)換并增加M2型巨噬細胞半乳糖型C型凝集素（galactose-type c-type lectin1，MGL1）表達。相反，基質(zhì)血管成分內(nèi) TNF-α及 iNOS表達降低，表現(xiàn)出抗炎效應[34]。

目前，關(guān)于運動調(diào)節(jié)巨噬細胞表型轉(zhuǎn)換機制研究尚不十分明確，主要集中在以下兩個方面研究：一、運動通過增加血液或肌肉中 M2型巨噬細胞表面標記物表達從而調(diào)控巨噬細胞極化。二、運動明顯增加機體白細胞及骨骼肌組織 IL-10、Arginase-1、CD163和IL-6分泌并將其釋放入血，從而影響巨噬細胞極化方向[35]。另外，運動誘導巨噬細胞極化成M2型可能與PPARγ及其轉(zhuǎn)錄共活化因子 PGC-1α/β有關(guān)。PPARγ和 PGC-1α/β在機體能量代謝及氧化磷酸化過程中發(fā)揮重要的作用，均能夠降低肥胖及胰島素抵抗，其中 PPARγ可通過改變 M2型巨噬細胞活性及滲透性從而改善脂肪組織炎癥及胰島素抵抗。有研究表明，巨噬細胞 PPARγ缺失可影響 M2型細胞的活性，在體模型中，巨噬細胞缺失 PPARγ小鼠易出現(xiàn)飲食誘導的肥胖、胰島素抵抗和葡萄糖耐量異常[36]。從目前的研究來看，有氧運動可通過活化 PPARγ及PGC-1α/β提高血清中高密度脂蛋白濃度，降低膽固醇、低密度脂蛋白、甘油三酯等濃度，誘導巨噬細胞發(fā)生 M2型極化，增加人體骨骼肌和白細胞分泌及釋放 IL-10、IL-6、CD36、Arginase-1 等抗炎因子，增加血液或巨噬細胞來源的 M2型巨噬細胞，活化胰島素敏感信號并增加脂肪酸代謝，改善胰島素抵抗，最終達到調(diào)節(jié)機體代謝的目的。

5 小結(jié)與展望

雖然到目前為止已有大量文獻報道運動可影響巨噬細胞極化及機體代謝狀態(tài)，但是具體的調(diào)控機制尚不十分明確。因此，深入探究運動如何改善機體組織代謝性炎癥、誘導脂肪組織巨噬細胞向 M2抗炎型極化，以及揭示巨噬細胞極化后如何影響機體代謝將為運動作為防治代謝綜合征的有效手段提供新的理論依據(jù)。