巨噬細(xì)胞與糖尿病的研究進(jìn)展

張憲 劉曉穎

DM是一種代謝綜合征，是以高血糖為特征的低度全身性炎癥，可導(dǎo)致老年人全因死亡率增加。T2DM被認(rèn)為是一種自身炎癥性疾病，這部分病人的胰島存在炎癥反應(yīng)，表現(xiàn)為淀粉樣蛋白沉積、纖維化、B細(xì)胞死亡增加、巨噬細(xì)胞浸潤以及炎癥和趨化因子水平升高［1］，巨噬細(xì)胞在其中發(fā)揮了巨大作用。在T2DM病人和大多數(shù)DM動物模型中已經(jīng)觀察到有胰島相關(guān)性巨噬細(xì)胞增多。高脂喂養(yǎng)的小鼠模型在DM發(fā)生前，即可檢測到胰島中的巨噬細(xì)胞數(shù)量有不同程度的增加［2］。

巨噬細(xì)胞是固有免疫細(xì)胞，廣泛存在于人體各組織中，其能夠根據(jù)局部微環(huán)境的變化，調(diào)整表型以適應(yīng)功能特性的能力，稱為可塑性［3］。根據(jù)刺激物的不同，巨噬細(xì)胞分為經(jīng)典活化巨噬細(xì)胞（M1型）和替代活化巨噬細(xì)胞（M2型）。M1型具有促炎作用，M2型具有抗炎和免疫調(diào)節(jié)作用。這兩種巨噬細(xì)胞的相繼出現(xiàn)可以保護(hù)機(jī)體免受病原體入侵并且在恰當(dāng)?shù)臅r機(jī)終止炎癥并修復(fù)組織［4］。在DM病人體內(nèi)，M1巨噬細(xì)胞極化和促炎細(xì)胞因子表達(dá)增加，而M2巨噬細(xì)胞極化和抗炎細(xì)胞因子表達(dá)降低。其中M1／M2巨噬細(xì)胞的比例失調(diào)在糖尿病腎?。―N）、糖尿病心肌病、糖尿病神經(jīng)病變（DPN）等疾病中發(fā)揮主要作用。在DM病人中，由于M1型巨噬細(xì)胞占主導(dǎo)地位，處于促炎狀態(tài)，分泌IL?1β、TNF?α和單核細(xì)胞趨化蛋白?1（MCP?1）等促炎性細(xì)胞因子，導(dǎo)致炎癥浸潤，其中IL?1β通過激活NF?κB通路和其他炎癥介質(zhì)，如TNF?α和IL?1β本身，產(chǎn)生一個“正反饋”，使越來越多的炎癥介質(zhì)和細(xì)胞被激活，長時間后形成纖維化，參與腎功能衰竭、心力衰竭、神經(jīng)傳導(dǎo)障礙等病理過程。另外，組織炎癥可能不僅僅是細(xì)胞衰竭和胰島素抵抗的基礎(chǔ)，也可直接參與DN、視網(wǎng)膜病變和心血管疾病的發(fā)病過程。

1 巨噬細(xì)胞與DN

DN仍然是目前DM最嚴(yán)重的并發(fā)癥之一，也是老年人終末期腎病的主要原因。DM病人的腎臟活檢分析證實，DN各階段腎小球和腎間質(zhì)中均存在巨噬細(xì)胞，說明巨噬細(xì)胞和腎臟炎癥與DN有關(guān)。王東等［5］的研究顯示，DM的高糖環(huán)境通過激活NF?κB信號通路，產(chǎn)生大量炎癥因子，促進(jìn)巨噬細(xì)胞遷移、活化和聚集，引發(fā)腎損傷，參與腎臟疾病的進(jìn)展。也有研究表明，發(fā)生DN時，巨噬細(xì)胞不僅參與炎癥反應(yīng)，而且炎癥浸潤的強(qiáng)度與隨后腎功能下降的速率呈正比［6］。巨噬細(xì)胞的聚集激活引起腎小球和腎小管損傷、蛋白尿、血漿肌酐升高、腎臟纖維化和巨噬細(xì)胞趨化因子的腎臟表達(dá)［7］。老年DM病人血糖波動較大，可引發(fā)巨噬細(xì)胞糖酵解和M1極化，從而引起炎癥因子的釋放，這些作用與DN的惡化密切相關(guān)。

巨噬細(xì)胞也是TNF?α的重要來源。動物實驗已經(jīng)證實，DN動物腎臟中的TNF?α水平升高，且條件敲除巨噬細(xì)胞中的TNF?α，DN誘導(dǎo)模型中TNF?α表達(dá)被完全阻斷，說明TNF?α在DN的發(fā)展中發(fā)揮著關(guān)鍵作用［8?9］。M1與DN的發(fā)生發(fā)展有相關(guān)性，研究已經(jīng)證明，巨噬細(xì)胞環(huán)氧合酶?2（Cox?2）缺失的小鼠，表現(xiàn)為M1極化增加，并參與腎臟損傷［10］。DN向腎衰竭進(jìn)展的關(guān)鍵是腎臟纖維化，DN病人腎皮質(zhì)間質(zhì)纖維化分級與活檢時的血清肌酐濃度呈正相關(guān)。由于細(xì)胞成分的改變和巨噬細(xì)胞的增加，促使間質(zhì)纖維膠原蛋白增多，因此，巨噬細(xì)胞作為纖維化誘導(dǎo)劑，在DN纖維化的發(fā)生和進(jìn)展中的作用也不可忽視。通過使用能夠減少巨噬細(xì)胞在DM病人腎臟中積累的藥物，減少巨噬細(xì)胞的募集，改善腎功能和腎臟纖維化，對DN的治療有指導(dǎo)意義［7］。相關(guān)動物模型也顯示，通過巨噬細(xì)胞的消耗和（或）破壞巨噬細(xì)胞募集，可以減少腎臟中巨噬細(xì)胞的積累，從而減輕腎臟損傷［11］，推測靶向調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞可能是抑制DN進(jìn)展的新療法。巨噬細(xì)胞有機(jī)會成為人類腎臟疾病的治療靶點或工具。

2 巨噬細(xì)胞在糖尿病心肌病中的作用

糖尿病心肌病最初的特征是心肌細(xì)胞纖維化、心臟重塑和相關(guān)的舒張功能障礙，隨后是收縮功能障礙，并最終發(fā)展為心力衰竭。糖尿病心肌病的發(fā)病率很高。有研究發(fā)現(xiàn)，在相關(guān)致病因素已被控制的情況下，將DM作為唯一變量，仍能觀察到DM病人心力衰竭的發(fā)生率升高，男性和女性心力衰竭的發(fā)生率分別是非DM組的2倍和5倍［12］。而在老年T2DM病人中，心力衰竭的發(fā)生率比非DM者高近2倍［13］。應(yīng)用心臟彩色多普勒超聲檢查發(fā)現(xiàn)，在T1DM或T2DM病人中，心臟舒張功能障礙的檢出率為40%～75%［14］，這些病人最終都會進(jìn)展為心力衰竭。

巨噬細(xì)胞是穩(wěn)定狀態(tài)下駐留在心臟組織中的主要免疫細(xì)胞。DM病人體內(nèi)的高糖及慢性炎癥環(huán)境，使巨噬細(xì)胞除了數(shù)量增多外，M1型與M2型的比例也會失調(diào)。由于M1型巨噬細(xì)胞明顯增多，使心肌細(xì)胞處于促炎狀態(tài)，導(dǎo)致心肌細(xì)胞肥大以及心肌間質(zhì)纖維化，加重心臟重塑，最終走向凋亡。在糖尿病心肌病中，經(jīng)常觀察到心肌纖維化增加，進(jìn)而影響心臟收縮和舒張功能，出現(xiàn)失代償表現(xiàn)。高糖狀態(tài)下，病人的巨噬細(xì)胞中可觀察到顯著增加的IL?1β和TNF?α［15］，而且M1型巨噬細(xì)胞更易受到蛋白質(zhì)糖化和晚期糖基化終產(chǎn)物（AGE）的影響［16］，進(jìn)一步激活NF?κB信號通路，形成“正反饋”，產(chǎn)生大量的促炎介質(zhì)，進(jìn)而加重DM病人心肌的炎癥損傷，使心功能惡化［14］。在骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP）?7（一種單核細(xì)胞極化的新介質(zhì)）存在的情況下，浸潤的單核細(xì)胞會極化成有益的M2巨噬細(xì)胞。相關(guān)研究顯示，M2巨噬細(xì)胞可通過分泌IL?10來減輕炎癥反應(yīng)，從而抑制炎癥并保護(hù)DM前期心臟，減少心肌細(xì)胞凋亡、纖維化和心臟功能障礙，這是糖尿病心肌病的其中一種治療方向［17］。

3 巨噬細(xì)胞在DPN中的作用

DPN可累及感覺、自主和運(yùn)動神經(jīng)系統(tǒng)，其發(fā)病機(jī)制與微循環(huán)障礙、代謝紊亂、營養(yǎng)缺乏等多因素有關(guān)。DPN患病率約為30%，多達(dá)50%的DM病人最終會在其病程中發(fā)展為DPN［18］。DPN引起的不可逆性神經(jīng)纖維損傷會引發(fā)肢體疼痛、心律失常、血管動力學(xué)異常及胃輕癱，嚴(yán)重影響病人的生活質(zhì)量和幸福指數(shù)，甚至引發(fā)抑郁。其中慢性疼痛在DPN中的治療十分困難，最終可能發(fā)展為持續(xù)疼痛狀態(tài)。

研究者推測，某種巨噬細(xì)胞可以浸潤到脊髓中，增加DM引起的痛覺異常，加重DPN的疼痛進(jìn)展［19］。巨噬細(xì)胞炎癥蛋白?1（MIP?1）家族、趨化因子3（CCL3）和CCL9可能是參與DPN發(fā)展的重要因素，趨化因子受體（CCR1）的藥理學(xué)阻斷與嗎啡聯(lián)合給藥可能是治療DPN的一種新方法［20］。

巨噬細(xì)胞極化與DPN也存在相關(guān)性。通過流式細(xì)胞術(shù)測試M1比率，將CD11c和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）作為M1巨噬細(xì)胞的標(biāo)記物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與DM病人相比，DPN病人中CD11c和iNOS的表達(dá)顯著上調(diào)，提示M1巨噬細(xì)胞極化可能與DPN的進(jìn)展有關(guān)［21］。最近的一項研究表明，M1巨噬細(xì)胞極化也增加了TNF?α、IL?1β和IL?6的水平［22］，進(jìn)一步加重DPN發(fā)展。在炎癥反應(yīng)中，巨噬細(xì)胞遷移抑制因子（MIF）可以引起巨噬細(xì)胞停滯，使得TNF?α和IL?6與基礎(chǔ)循環(huán)濃度下的其他細(xì)胞因子相比升高1000倍，進(jìn)而引起相應(yīng)的促炎反應(yīng)，加重全身的低度炎癥。DM病人高血糖的情況下，積累的AGE會破壞表皮內(nèi)神經(jīng)纖維（IENF）而引起疼痛［23］。正常情況下，乙二醛酶Ⅰ（GLO?Ⅰ）存在的乙二醛酶系統(tǒng)對AGE的前體有解毒作用，進(jìn)而可以減少體內(nèi)的AGE來減輕疼痛。該觀點在野生型DM與敲掉GLO?IDM誘導(dǎo)型小鼠的模型中已經(jīng)得到證實，并且證明GLO?Ⅰ可以預(yù)防DPN［24］。同樣MIF也可以通過抑制GLO?Ⅰ導(dǎo)致DPN疼痛加重［25］。Ren等［26］研 究 發(fā) 現(xiàn)，HCG18／miR?146a／TRAF6軸在DPN進(jìn)展中至關(guān)重要，認(rèn)為HCG18基因可能是DPN的一個潛在治療靶點。

4 巨噬細(xì)胞與肥胖在DM中的作用

肥胖作為主要的健康問題之一，與高血壓、心臟病、腦血管病、代謝綜合征甚至腫瘤等疾病有關(guān)，特別是與DM的關(guān)系尤為密切。肥胖不僅與T2DM的發(fā)病機(jī)制有關(guān)，還會促進(jìn)DM合并癥發(fā)生。腹型肥胖與全身低度炎癥相關(guān)，在脂肪組織、肝臟、肌肉和胰腺中均觀察到了巨噬細(xì)胞和其他免疫細(xì)胞的浸潤［27］。在肥胖和DM的動物模型中以及代謝綜合征或T2DM的肥胖者身上，也可以觀察到巨噬細(xì)胞在組織中增多［28］。這些低度炎癥與細(xì)胞群從抗炎到促炎的轉(zhuǎn)變有關(guān)，會導(dǎo)致胰島素抵抗和代謝紊亂［27］。

脂肪組織可以通過分泌細(xì)胞因子調(diào)節(jié)代謝，浸潤免疫細(xì)胞，促進(jìn)炎癥。而炎癥又是維持肥胖、促進(jìn)胰島素抵抗和代謝綜合征的主要驅(qū)動因素。脂肪組織中的巨噬細(xì)胞參與協(xié)調(diào)炎癥的過程。巨噬細(xì)胞具有可塑性，可以快速適應(yīng)微環(huán)境變化，當(dāng)營養(yǎng)攝入過量時，脂肪細(xì)胞從多聚代謝轉(zhuǎn)變?yōu)樯纱x。然而，當(dāng)胰島素抵抗導(dǎo)致脂肪生成受損時，脂肪組織被促炎巨噬細(xì)胞浸潤，導(dǎo)致脂肪因子和促炎介質(zhì)的過量產(chǎn)生，其中就包括了TNF?α、IL?1β和IL?6等，引起代謝功能障礙。

肥胖導(dǎo)致巨噬細(xì)胞在小鼠和人類的脂肪組織中滲透，同時巨噬細(xì)胞發(fā)生極化，從以M2型為主轉(zhuǎn)為以M1型為主。肥大的脂肪細(xì)胞本身會產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子和趨化因子，導(dǎo)致巨噬細(xì)胞募集，而脂肪組織中的巨噬細(xì)胞又反過來對促炎狀態(tài)發(fā)揮作用，巨噬細(xì)胞的聚集與肥胖程度相關(guān)，并與全身炎癥、胰島素抵抗、代謝綜合征有關(guān)。體質(zhì)量減輕可使脂肪組織巨噬細(xì)胞數(shù)量減少，相應(yīng)的促炎標(biāo)志物的表達(dá)也減少。因此，肥胖誘導(dǎo)的脂肪組織巨噬細(xì)胞的募集和激活在胰島素抵抗和T2DM的發(fā)病機(jī)制中起著關(guān)鍵作用。一些動物模型表明，運(yùn)動訓(xùn)練可能會誘導(dǎo)脂肪組織中M1巨噬細(xì)胞向M2巨噬細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)換［29］。通過藥物或營養(yǎng)干預(yù)阻斷促炎巨噬細(xì)胞極化也是治療肥胖的一種策略。McArdle等［30］發(fā)現(xiàn)膳食脂肪酸，維生素C、D和E以及多酚是巨噬細(xì)胞促炎特性的調(diào)節(jié)劑。降糖藥物中的鈉?葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（SGLT）2抑制劑也可以通過調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞募集和M1／M2狀態(tài)在肥胖誘導(dǎo)的脂肪組織炎癥和胰島素抵抗中起關(guān)鍵作用［31］。研究表明，線粒體ROS依賴的Fgr復(fù)合物Ⅱ激活，對誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞代謝重組至關(guān)重要，與促炎激活相關(guān)［32］。線粒體ROS?Fgr?復(fù)合物Ⅱ軸作為調(diào)節(jié)促炎巨噬細(xì)胞激活的潛在靶點，可以減輕炎癥驅(qū)動性肥胖和其他有害過程，有望成為治療DM的一種新思路。

綜上所述，中國老年人DM患病率高，并發(fā)癥多，較難治愈，影響老年人的晚年生活質(zhì)量。巨噬細(xì)胞與DM關(guān)系密切，其在體內(nèi)的變化可以預(yù)測DM前期的發(fā)生，及早的干預(yù)有助于延緩病情，延長病人壽命。巨噬細(xì)胞通過極化、促進(jìn)體內(nèi)慢性炎癥狀態(tài)進(jìn)一步促進(jìn)DM的發(fā)展，在DM中的作用不可忽視。從巨噬細(xì)胞及免疫微環(huán)境角度來控制DM的發(fā)生發(fā)展，針對巨噬細(xì)胞表型進(jìn)行干預(yù)，將M1型巨噬細(xì)胞的促炎狀態(tài)誘導(dǎo)為M2型的抗炎狀態(tài)，可能是阻止DM及其并發(fā)癥的一個新方向。