第4章 巨噬细胞与后期炎症

第四章巨噬细胞与后期炎症巨噬细胞功能呼吸道感应侵入慢性炎症吞噬作用炎症恢复期产生NO 症状活化代谢发生改变受体急相蛋白外源微生物的命运系统性炎症反应综合症静脉注入的可溶性蛋白细菌脓毒性休克经其他途径注入的抗原的命运移植与宿主疾病消化道蛋白折叠错误所引起的疾病细菌败血性休克嗜中性粒细胞作为机体的第一道防线，可快速移动、吞噬并杀死侵入机体的微生物，但并不能杀死所有的侵入微生物。

因此机体就会起用一个由巨噬细胞组成的“支持”系统。

巨噬细胞在反应时间上较嗜中性粒细胞慢；但其抵抗微生物的能力更强；并可使机体产生获得性免疫反应。

嗜中性粒细胞只有一个功能，即就是消灭侵入机体的微生物，而单核细胞和巨噬细胞的功能具有多样性。

它们不仅可以作为感应细胞而引发炎症，并且在后期的清除过程中发挥重要作用。

巨噬细胞功能感应侵入如第二章所述，巨噬细胞具有Toll样受体，因此可监控细菌、病毒的侵入。

巨噬细胞反应时产生一些细胞因子，其中最主要的是白细胞介素1（IL-1）和肿瘤坏死因子α（TNF-α）。

吞噬作用与那些影响嗜中性粒细胞介导单核细胞黏附到血管内皮细胞有相似的过程。

通过选择素结合，介导细胞旋转，单核细胞整合素结合血管壁上的配体后停止运动。

单核细胞通过β2整合素结合到ICAM-1上而紧密地结合到内皮细胞，并且沿血管壁移动。

在这些组织当中，将这些单核细胞称为巨噬细胞。

粒细胞到达炎症区域后几个小时，巨噬细胞才到达。

细菌产物和补体活化后的产物（如C5a）吸引巨噬细胞，受损的细胞或组织释放的分子也可吸引巨噬细胞。

将死的粒细胞释放胰肽酶、胶原酶，并产生一些趋化因子。

粒细胞产生的防御素和其他的多肽吸引单核细胞和巨噬细胞。

在IL-6的作用下，活化的粒细胞和内皮细胞产生可选择的趋化性细胞因子，又称为单核细胞化学引诱蛋白（CCL2）。

粒细胞是免疫系统中的殉者：其首先到达并袭击外源物，在将死去时又吸引巨噬细胞向外源物侵入部位移动。

巨噬细胞的吞噬过程与粒细胞相似。

巨噬细胞通过氧化和非氧化两条途径杀死微生物。

与粒细胞相比，巨噬细胞具有持久、可重复的吞噬活性。

而巨噬细胞还具有一个额外的功能，即就是清除死的和将死的细胞。

产生NO在一些哺乳动物身上，尤其是啮齿类动物、牛、绵羊和马（不包括人类、猪、山羊、兔），微生物的产物可使巨噬细胞合成诱导性一氧化氮合酶（NOS1）。

这种酶以NADPH和氧作用于精氨酸而产生大量的一氧化氮（NO）和瓜氨酸（图4－1）。

虽然NO本身不具有高的毒性，但其可与过氧化物反应产生具有高反应性和毒性的氧化剂如过氧亚硝基阴离子和NO2自由基：NO+O2-OONO-HOONO OH+NO2持续不断产生的NO促进巨噬细胞有效消除细菌、真菌、原虫、蠕虫和肿瘤细胞。

NO可结合一些自身限制性酶如核糖核酸还原酶，并且可以阻断DNA的合成。

NO同样可阻断线粒体亚铁血红素呼吸酶的作用。

这里特别注意的是，不是所有的巨噬细胞都产生NO（这些产生NO的巨噬细胞被划分为M1细胞）。

其他的巨噬细胞被称为M2细胞，其可在精氨酸酶作用下将精氨酸转变为鸟氨酸，但不产生NO。

这两种巨噬细胞在防御保护机体方面发挥的作用完全不同。

如果M1细胞活化，则可抵御侵入的微生物，而且产生促炎性细胞因子。

M2细胞的作用则相反：降低炎症反应，产生的细胞因子抑制免疫反应。

这些M2细胞在损伤修复中发挥重要作用，可提高血管形成、组织改造和组织修复。

当需要炎症时，M1细胞在炎症早期发挥作用。

而另一方面，在组织修复过程中，M2细胞则出现在后期炎症当中。

图4－1 在巨噬细胞中，精氨酸有两种代谢途径。

在NO合酶的作用下产生的NO是主要的抗微生物感染途径和M1巨噬细胞的主要特点。

在精氨酸酶作用下，M2细胞产生鸟氨酸，降低抗微生物活性。

（精氨酸；精氨酸酶；鸟氨酸；瓜氨酸；琥珀酸；一氧化氮合酶2；NO；2NO＋O22NO2；2NO2；N2O4；NO2-；NO3-）活化尽管单核细胞和处于静止状态的巨噬细胞都是有效的吞噬细胞，而其在在先天性免疫中的活性都较高。

其通过Toll受体的配体如脂多糖、cpG DNA、细菌糖类、热休克蛋白和炎性产物来活化。

活化水平依赖于刺激原，部分细菌如肺结核杆菌才能更为有效的活化巨噬细胞。

因此，当单核细胞首先到达炎性组织之后，提高溶菌酶的产生，增强其吞噬活性、增加抗体和补体受体的表达，分泌更多的蛋白酶（图4－2）。

炎性巨噬细胞产生的细胞因子，特别是TNF-α和IL-12可活化自然杀伤性细胞。

反过来，自然杀伤性细胞分泌的IFN-γ可以进一步活化巨噬细胞。

IFN-γ上调许多不同的基因，特别是诱导性NO合酶的基因。

因此在IFN-γ和分枝杆菌共同作用下，NOS2基因上调400倍。

增加产生的NO和活化的巨噬细胞成为微生物的潜在杀手。

图4－2 巨噬细胞有三种活化途径。

在Toll样受体的作用下活化，在IFN-γ作用下活化，或可能经历一个“可选择的活化”以起到抑制作用。

（先天性活化；增加的：溶菌酶、吞噬作用、膜受体；TLRs和相关受体；免疫活化；增加的：大小、运动性、膜活性、溶菌酶、吞噬作用、微生物活性、MHCⅡ表达；IFN-γ微生物刺激；静息性巨噬细胞/单核细胞；IL-4/IL-13；选择性活化：增加组织修复、MHCⅡ表达、降低微生物的破坏性）受体巨噬细胞表面有多种不同的受体蛋白（图4－3）。

前面描述了可识别微生物组分的Toll样受体。

巨噬细胞同样具有抗体受体，比如，CD64（FcγRІ）是一高亲和性抗体受体，表达在单核细胞、巨噬细胞以及少量的粒细胞上。

像其他的抗体受体一样，CD64结合抗体分子的Fc区域，因此也称为Fc受体（FcR）。

IFN-γ提高CD64的表达。

人的巨噬细胞同样携带两个低亲和力的抗体受体，CD32（FcγRⅡ）和CD16（FcγR Ⅲ）。

牛巨噬细胞上有一个独特的FcR，称为Fcγ2R，可以结合到与IgG2抗体一同孵育的颗粒上。

巨噬细胞上同样有补体组分的受体，包括CD35（CR1），是C3b的主要受体，整合素CD11b/CD18同样是C3b片段的受体。

这些受体就可使与C3b一起孵育的微生物结合到巨噬细胞上（box4-1）。

图4－3 巨噬细胞表面表达的一些主要受体及其功能。

（转运受体；铁传递蛋白；细胞因子受体；补体受体；抗体受体；CD71/CD25/IL-2/CD64(FcγRІ)/CD32(FcγRⅡ)/CD16(FcγRⅢ)/CD35(CR1)/CD11b/18(CR3)）Box4－1 控制先天性免疫的基因对分枝杆菌、布鲁氏菌、沙门氏菌、利什曼原虫的先天性抵抗是由称为NramP的基因控制，其存在于人类、狗、鼠、野牛、红鹿、牛和鸡身上。

在巨噬细胞中，NramP基因编码一个离子转运蛋白即自然抵抗相关蛋白（NramP1）。

在吞噬时，NramP1在吞噬体膜上形成，随后在吞噬体外作用于二价离子泵，通过剥夺其金属离子而抑制细胞内寄生虫的生长发育。

牛身上的等位基因可有效活化巨噬细胞并控制体内的流产布氏杆菌的生长。

抵抗和易感等位基因的差别与在NramP基因中的单核苷酸发生置换相关。

如上一章所述，整合素可使巨噬细胞结合其他细胞、结缔组织分子如胶原质和纤维素、一些补体分子。

在狗的巨噬细胞上鉴定到一个新的整合素αdβ2，其配体和功能还不清楚。

巨噬细胞同样有甘露醇结合受体（CD206），可在小囊中结合甘露糖和海藻糖或侵入的微生物脂多糖，可使巨噬细胞结合并消化非调理性细菌。

巨噬细胞还有另外一个重要的受体CD40促进巨噬细胞和淋巴细胞间的交流，其配体称为CD40配体（CD154或CD40L），存在于T细胞上。

巨噬细胞可经CD40收到活化信号。

当以此途径活化时，巨噬细胞增加细胞因子的合成和NO的产生，同样其存活时间延长。

外源物的命运巨噬细胞遍布全身，因此可以通过多种途径捕获侵入机体的微生物。

例如，经静脉注入的细菌会被巨噬细胞很快从血液中清除掉。

其最终的命运由感染的动物类型决定。

在狗、实验用的啮齿类动物和人类身上，细菌和其他的颗粒物（80％－90％）主要是在肝中被捕获并清除。

肝的这种清除机制已经研究的比较清楚了。

在过去的很多年，人们认为循环中的细菌是通过位于肝中的巨噬细胞（枯否氏细胞）吞噬，并从血流中将其清除，但这一过程比较复杂。

循环中的细菌确实被枯否氏细胞捕获，但只是结合到细胞外。

细菌产物与TLR相互作用，刺激枯否氏细胞分泌TNF-α和IL-1。

这些细胞因子吸引循环中的中性粒细胞，并通过细胞表面整合素结合到枯否氏细胞。

结合的粒细胞随后消化并清除细菌。

经吞噬后，粒细胞开始降解和经历细胞凋亡等过程。

完整的凋亡的粒细胞随后被消化，并被枯否氏细胞毁灭，因此毒性代谢产物和蛋白酶不会逃脱。

在急性炎症过程中，肝中的中性粒细胞阻断微生物破坏，而巨噬细胞阻断由逃逸的粒细胞所产生的降解产物对组织的损伤。

相反，在牛、绵羊、山羊、鹿、单峰驼、猪、马、猫等动物身上，颗粒主要是由位于肺中的小血管的巨噬细胞清除（肺血管内巨噬细胞）（表4－1和图4－4）。

这些血管内巨噬细胞被吸引游走到肺毛细血管内皮（图4－5）。

表4－1 家畜哺乳动物清除血流中的颗粒的位点图4－4 狗和猫分别经过不同途径清除血流中的细菌。

狗主要通过肝中的枯否氏细胞，而猫则是依赖于血管内皮巨噬细胞。

图4－5 七日龄小猪的肺血管内细胞（M）。

细胞有很多伪足、电子密度高的铁蛋白体、吞噬体和脂滴。

其紧密附于厚的血窦组织屏障（气血屏障）（毛细血管内皮E和肺泡上皮基膜间含有纤维原细胞F 和啮槽上皮细胞P），在相近的黏附区域，可见细胞间桥的质膜。

在一些物种中，肝的清除能力很重要，大的病毒或细菌经过肝时即可被完全清除（图4－6）。

相对于肝，脾是一个有效的过滤器，但是一个小的器官，只能捕获较小的物质。

脾和肝以不同的方式清除微粒。

脾巨噬细胞有抗体的受体（CD64），与抗体孵育的微粒在脾中被清除。

相反，肝中的吞噬细胞表达补体受体（CD35），因此与补体作用的微粒在肝中被清除。

从血液中清除微粒的速率由调理素如纤维连接蛋白或甘露醇结合性凝集素调控。

如果给动物经静脉注入大剂量的胶态炭，调理素暂时性被耗竭，其他的颗粒（如细菌）将不会从血流中清除。

在这种情况下，单核吞噬细胞系统即被“封闭”。

如果存在特异性抗体，从血中清除微生物的能力提高，因为调理素提高粒细胞和巨噬细胞的捕获效率。

若无抗体或细菌有抗吞噬的脂多糖小囊，清除效率则下降。

一些复合物如细菌内毒素、雌激素、单纯的脂质可刺激巨噬细胞活化，增加清除细菌的能力。

类固醇和其他的药物可降低巨噬细胞的活性，从而降低了清除效率。

图4－6 清除血中细菌（一发生E.coli的小猪）。

无抗体时，缓慢且不完全清除血中的细菌。

（血中可见的细菌；无抗体；有抗体；注入后的时间）静脉注入的可溶性蛋白如果不认真处理，可溶性的蛋白分子会自动聚集。