动脉粥样硬化（atherosclerosis,AS）是心血管疾病的重要病理基础，也是导致全球死亡率居高不下的主因，而巨噬细胞在AS发展中的作用机制日益受到关注。AS是一种慢性炎症性疾病，涉及血管内皮细胞损伤、免疫细胞聚集、平滑肌细胞异常增殖和脂质沉积等。虽然降脂药物能够有效控制血脂并减缓AS的进展，但许多患者仍面临急性心血管事件的风险，这提示仅控制血脂水平不足以有效改善AS。炎症反应及免疫细胞异常激活在AS各阶段均起重要的作用，其中巨噬细胞作为免疫系统的效应细胞，是炎症反应与AS之间的关键环节。一方面，巨噬细胞吞噬氧化低密度脂蛋白（oxidized low-density lipoprotein,ox-LDL），清除血管内脂质，发挥防御作用；另一方面，巨噬细胞可以产生促炎因子，激活血管内膜炎症反应，继而推进AS的进展。因此，深入了解巨噬细胞在AS中的调控作用对进一步阐明AS的发病机制具有重要意义。

1、AS概述

AS已经严重威胁到人类的身体健康，相关流行病学研究显示，中国2020年城市和农村居民冠心病死亡率分别为126.91/10万和135.88/10万，继2012年以来呈持续上升趋势[1]。AS的病理变化主要包括斑块形成、斑块稳定性的改变和破裂。病变初期血管内皮细胞受损，低密度脂蛋白浸润内膜，并在促炎因子的作用下被氧化修饰为ox-LDL。ox-LDL与其他致AS因子能够招募血液中的单核细胞向血管壁聚集，单核细胞穿过内皮进入内膜转化为巨噬细胞并吞噬脂质形成泡沫细胞[2]。积聚的巨噬细胞会诱导内皮细胞、平滑肌细胞的异常增殖分化和迁移，最终形成AS斑块。

2、巨噬细胞的发育和功能

2.1 巨噬细胞的起源和分布

巨噬细胞是人体抵抗病原的第一道防线，分布于全身以维持组织稳态。关于巨噬细胞起源，最早的理论是单核吞噬细胞系统理论，即起源于骨髓的造血干细胞释放入血，在外周血中分化为成熟的单核细胞，在相关信号的作用下进入不同组织转变为组织驻留巨噬细胞[3]。近年来，对该理论中关于细胞类型影响个体发育的认识发生了巨大变化。巨噬细胞是一群具有起源异质性的细胞，来源于循环单核细胞的巨噬细胞仅限少数特定组织，如肠道、真皮[4]。许多驻留于组织的巨噬细胞群来源于胚胎时期的卵黄囊或胎肝，如大脑、肝脏、肾脏、肺和心脏等[5]。根据解剖位置和功能表型，组织驻留巨噬细胞可分为不同亚群，包括中枢神经系统中的小胶质细胞、骨中的破骨细胞、肺中的肺泡巨噬细胞以及肝脏中的Kupffer细胞，这些组织特异性巨噬细胞可发挥吞噬作用，以响应局部环境而改变自身功能表型。

2.2 巨噬细胞的功能和表型

巨噬细胞是先天免疫系统的关键细胞成分，通过触发免疫炎症反应来检测入侵的病原体并做出反应。巨噬细胞表现出的功能多样性能够协调多种细胞进行响应，包括但不限于炎症、吞噬、免疫调节、组织重塑及代谢。巨噬细胞通过分泌细胞因子对微生物的刺激做出反应。与此促炎功能相反的是其抗炎作用，巨噬细胞还可以在炎症消退期，通过免疫调节特性抑制炎症。吞噬作用是巨噬细胞的一个决定性特征。巨噬细胞可通过表面受体吞噬外源性病原体，有助于机体防御，还可以清除凋亡细胞和代谢废物等。巨噬细胞可分泌血管内皮生长因子、基质金属蛋白酶和多胺等，在器官发育和炎症消退等情况下促进血管生成、淋巴管生成和纤维化。

巨噬细胞可根据功能分为经典活化或炎症性巨噬细胞（M1）和替代活化或抗炎性巨噬细胞（M2）两个主要亚群。M1型巨噬细胞在炎症早期可表达转录因子，使促炎因子如肿瘤坏死因子α(tumour necrosis factor-α,TNF-α）、白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β）和白细胞介素-6(interleukin-6,IL-6）的分泌增加。具有抗炎作用的M2型巨噬细胞可产生抗炎细胞因子白细胞介素-10(interleukin-10,IL-10）、转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β）等。此外，M2型巨噬细胞在炎症反应消退和组织修复方面可发挥重要作用[6]。总的来说，M1和M2型巨噬细胞之间的平衡对于维持内环境稳态十分重要。

3、巨噬细胞在AS中的作用

3.1 巨噬细胞在免疫炎症中的作用

炎症对人类心血管疾病的致病机制尚未完全确定。然而，有研究表明，慢性炎症性疾病能导致心血管疾病风险的增加，而且心血管疾病风险与炎症严重程度之间存在关联[2]。斑块中的巨噬细胞是AS的中心细胞，占斑块中免疫细胞群的大多数，其数量和表型均影响AS的进展和消退。

3.1.1 促AS作用。

巨噬细胞在AS中的作用可以理解为促炎和抗炎过程之间的微妙平衡。巨噬细胞可以释放细胞因子，包括趋化因子2(C-C motif chemokine ligand-2,CCL2）、白细胞介素-1(interleukin-1,IL-1）、IL-6和TNF-α。巨噬细胞分泌的趋化因子可与血管内皮细胞表面的趋化因子受体结合，激活血管内皮细胞，上调其表达的黏附分子，导致单核细胞黏附于血管壁，促进AS进展。CCL2及趋化因子2受体（C-C chemokine receptor 2,CCR2）是第一对通过促进单核细胞募集到病变部位而引发小鼠AS发生所必需的趋化因子-受体单元。CXC趋化因子受体2(CXC chemokine receptor 2,CXCR2）也具有促AS的作用，简言之，高脂饮食喂养的低密度脂蛋白受体敲除（lowdensity lipoprotein receptor,Ldlr-/-）小鼠在移植CXCR2敲减小鼠的骨髓后，AS病变程度和巨噬细胞聚集的情况均有所减轻[7]。巨噬细胞还可分泌促炎细胞因子导致血管内皮炎症部位的免疫细胞进一步浸润和激活，形成正反馈，放大炎症反应，促AS发展。白细胞介素-17A(interleukin-17A,IL-17A）能促进单核细胞的黏附作用以及抗原递呈细胞对脂多糖（lipopolysaccharide,LPS）的敏感性，并且IL-17A与其受体结合可迅速激活核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB），促使炎症介质的释放[8]。

3.1.2 抗AS作用。

巨噬细胞的抗AS作用主要是由M2型巨噬细胞承担，通过抗炎和吞噬作用而抑制AS。一些免疫细胞如辅助性T细胞2(T help cell 2,Th2）型T细胞分泌的白细胞介素-4(interleukin-4,IL-4）和白细胞介素-13(interleukin-13,IL-13）可以作用于巨噬细胞表面的受体，激活下游信号通路，推动巨噬细胞向M2型极化。M2型巨噬细胞可以表达抗炎相关转录因子，如过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ,PPARγ），这些转录因子能够促进抗炎因子的表达，抑制巨噬细胞在病变部位的聚集。CXC趋化因子配体5(CXC chemo-kine ligand 5,CXCL5）可以通过诱导巨噬细胞中的ATP结合盒转运体A1(ATP-binding cassette transporter A1,ABCA1）促进胆固醇外流，也同样抑制巨噬细胞在病变部位聚集。根据基因表达谱的差异，M2型巨噬细胞可进一步分为M2a、M2b、M2c和M2d 4个亚群。M2c巨噬细胞是其中最突出的抗炎表型，可由IL-10、TGF-β和糖皮质激素诱导形成，也可产生IL-10、TGF-β[9]。除此之外，肝X受体（liver X receptor,LXR）可作为胆固醇传感器，介导胆固醇逆向转运基因促进胆固醇外排，抑制巨噬细胞的炎症激活。

3.2 巨噬细胞在斑块形成中的作用

巨噬细胞在内膜下的聚集是AS发生的第一步。由于内皮黏附分子的表达和内膜下脂质的存在，早期巨噬细胞在AS的易感区域聚集。若内皮损伤因素（如高脂血症、糖尿病或吸烟）持续存在，内皮细胞和巨噬细胞表达的趋化因子会与单核细胞表面受体[CCR2、CCL5及趋化因子5受体（C-C chemokine receptor 2,CCR5）和CXCR2]相互作用，从而招募更多的单核细胞。巨噬细胞摄取ox-LDL后在内膜聚集。病理性的内膜增厚主要取决于巨噬细胞的聚集和泡沫细胞的形成，而巨噬细胞的局部增殖也会导致细胞的积聚[10]。AS斑块含有大量的胆固醇以及由泡沫细胞、胶原、平滑肌细胞等组成的坏死核心，这是由于巨噬细胞凋亡、坏死和胞葬功能障碍所致。细胞膜表面的吞噬受体脱落，不仅降低了细胞的吞噬能力，还会产生与巨噬细胞竞争识别凋亡细胞的分子，从而减少对凋亡细胞的清除，加剧炎症反应，增强AS斑块的形成。

3.3 巨噬细胞在AS中的分布

M1型和M2型巨噬细胞在AS中的功能不同，相对应分布也有所差异。M1型巨噬细胞在斑块易破裂的肩部区域占主导地位，而M2型巨噬细胞的存在则与稳定斑块有关。此外，相对稳定的纤维帽中具有相同数量的M1型和M2型巨噬细胞。在小鼠AS模型中，M2型巨噬细胞存在于AS斑块的早期阶段，而M1型巨噬细胞是晚期病变中的主要表型，并且在消退型斑块中表达减少[11]。在晚期斑块中，M1型巨噬细胞主要位于脂质核心附近，而M2型巨噬细胞主要聚集在新生血管区域。这些细胞在分布上的差异主要由巨噬细胞表面表达的特殊受体和信号分子引起。与M1型巨噬细胞相比，M2型巨噬细胞中LXR及其靶基因ABCA1和载脂蛋白E(apolipoprotein E,Apo E）的表达降低，对胆固醇的处理能力也较弱。然而，M2型巨噬细胞中的PPARγ活性增加表现出较强的吞噬功能[11]。

3.4 巨噬细胞的胆固醇代谢和转运

巨噬细胞通过表面的清道夫受体（scavenger receptors,SRs）和ABC转运蛋白[ABCA1、ATP结合盒转运体G1(ATP binding cassette transporter G1,ABCG1）]参与AS斑块中的胆固醇代谢和转运。在生理情况下，被吞噬的脂蛋白会在溶酶体中水解为游离胆固醇，然后在内质网中酯化并储存起来；或通过ABC转运蛋白外排，以维持巨噬细胞胆固醇稳态。然而，在AS斑块的巨噬细胞中则显示出大量游离胆固醇积累，细胞内胆固醇稳态被破坏。胆固醇依赖于清道夫受体的摄取作用进入巨噬细胞胞质。巨噬细胞表面高度表达SR-A1和白细胞分化抗原36(cluster of differentiation 36,CD36），二者可以特异性地识别并吞噬ox-LDL颗粒。当巨噬细胞长期过量摄取ox-LDL时，胆固醇负荷加重，细胞丧失代谢和转运胆固醇的能力，最终形成无法降解胆固醇的泡沫细胞。这些满载脂质的泡沫细胞聚集在血管内膜下，成为AS斑块的主要成分。在冠状动脉疾病患者的单核细胞中检测到CD36水平升高。经他汀类药物治疗后可降低可溶性CD36浓度并抑制巨噬细胞对ox-LDL的摄取[12]。在Apo E-/-小鼠中，敲低SR-A1可减少泡沫细胞的形成，延缓AS进展。在高脂血症小鼠中，CD36或SR-A1的缺失可显著减少巨噬细胞中脂质的积累[13]。除吞噬功能代谢异常外，巨噬细胞表面还表达ABC转运蛋白。过量的游离胆固醇可通过胆固醇转运体（如ABCA1、ABCG1和SR-BI）从巨噬细胞中清除，调节巨噬细胞中脂质的平衡，延缓AS。在Ldlr-/-小鼠中，抑制巨噬细胞表面的ABCG1会导致AS斑块面积增大[14]。在Apo E-/-小鼠中，巨噬细胞中SR-BI的特异性缺失会导致晚期AS斑块的平均面积增加。而SR-BI过表达则会延迟Apo E-/-小鼠AS斑块的形成[15]。总之，动脉内膜下巨噬细胞群的异常脂质代谢与AS的发生发展密切相关。

3.5 斑块巨噬细胞滞留和迁移

在AS斑块的形成过程中，单核细胞向血管内皮下聚集并分化为巨噬细胞。在早期斑块中巨噬细胞具有迁出能力，但随着AS的进展，巨噬细胞的运动能力逐渐降低。斑块中的巨噬细胞可能同时受到滞留和移出两种信号的影响，最终导致了斑块中巨噬细胞的聚积。斑块巨噬细胞表面黏附因子的表达增加，促使其与血管壁黏附，使其更容易滞留在斑块内。同时，斑块内巨噬细胞所特有的标志物趋化因子7受体（C-C chemokine receptor 7,CCR7）表达下调，降低了巨噬细胞向淋巴结归巢的能力，也促进了其在斑块中的聚集。此外，斑块内高表达的趋化因子如单核细胞趋化蛋白-1(monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1）也可诱导更多巨噬细胞向斑块部位聚集。这些因素都促使巨噬细胞滞留在斑块中。研究表明，巨噬细胞的胆固醇负荷会使netrin 1和信号素3E(sema-phorin 3E,Sema3E）的表达增加，这两种蛋白在体外都具有诱导巨噬细胞趋化的功能[16,17]。此外，在Ldlr-/-小鼠中，敲低骨髓巨噬细胞上的netrin 1，小鼠的AS进展明显减慢，巨噬细胞从病变部位移出的速度加快，这表明netrin 1可能具有促使巨噬细胞滞留在斑块中的功能[18]。

3.6 巨噬细胞和血小板的相互作用

血小板和巨噬细胞都是AS形成过程中重要的炎性效应细胞，两者存在相互促进和相互激活的关系。血小板是AS炎症相关表现的核心，可释放趋化因子CXC趋化因子配体4(CXC chemokine ligand 4,CXCL4），招募更多单核细胞和巨噬细胞进入血管壁，而巨噬细胞分泌的炎症因子也可进一步激活血小板，放大炎症反应。白细胞分化抗原40(cluster of differentiation 40,CD40）配体是活化血小板释放的重要信号分子，可直接作用于巨噬细胞表面的CD40受体，激活NF-κB等下游通路，进而诱导一系列炎症因子表达，促使巨噬细胞向M1型分化。血小板还通过清道夫受体调节胆固醇的代谢，促进巨噬源性泡沫细胞的形成。

4、AS中的炎症通路

AS与免疫和炎症因子介导的信号通路相关。了解这些过程有助于科研人员开发新型生物标志物和治疗策略。

4.1 Toll样受体（Toll-like receptor,TLR)

TLR是巨噬细胞表面的一类模式识别受体，可以识别病原微生物并激活下游的炎性信号通路，在巨噬细胞活化、炎症反应及AS的发生发展中起着重要作用。ox-LDL的高免疫原性与TLR的上调有关，ox-LDL中的氧化磷脂可结合并激活巨噬细胞上的TLR。在AS斑块中，巨噬细胞表面的TLR2和TLR4被ox-LDL激活而表达上调，启动NF-κB和丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase,MAPK）等下游通路，使巨噬细胞表达相关细胞因子，招募更多巨噬细胞和淋巴细胞进入血管内皮，加重炎症反应[19]。此外，TLR的激活也会促使巨噬细胞向M1型分化，产生大量促进斑块进展的炎性因子。TLR9激动剂与巨噬细胞结合可诱导多种炎症标记物的释放，包括TNF-α、细胞间黏附分子-1(intercellular adhesion molecule-1,ICAM-1）和血管细胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1,VCAM-1)[20]。此外，TLR3能调节巨噬细胞中基质金属蛋白酶的活性，增加AS斑块的不稳定性[21]。总之，TLR信号的失调参与了巨噬细胞介导的AS的发病机制。

4.2 前蛋白转化酶枯草溶菌素9(proprotein convertase subtilisin/kexin 9,PCSK9)

目前，已经明确PCSK9参与AS的发生发展[22]。PCSK9可促进低密度脂蛋白受体（low density lipoprotein receptor,LDLR）进入肝细胞溶酶体而被降解，这在胆固醇稳态和AS中起着关键作用。虽然PCSK9主要来源于肝脏，但也在AS斑块的各种细胞成分中表达，如巨噬细胞、血管平滑肌细胞和内皮细胞。PCSK9可特异性识别并作用于巨噬细胞膜的LDLR，促进LDLR的内化和溶酶体降解。这导致巨噬细胞表面的LDLR数目减少，胆固醇摄取能力下降。此外，PCSK9与多种促炎因子存在联系，可促进巨噬细胞向M1型分化，通过加剧血管局部炎症直接参与AS病变的进展。研究证实，PCSK9-LDLR在斑块中的相互作用会增强炎性单核细胞对血管壁的浸润，直接促进炎性AS斑块的形成[23]。PCSK9对巨噬细胞表型有直接影响作用，可激活TLR4/NF-κB信号通路诱导促炎细胞因子的表达。

4.3 NLRP3炎症小体

NLRP3炎症小体在巨噬细胞的细胞质中形成，是由NLRP3、含CARD的凋亡相关斑点样蛋白（apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD,ASC）和caspase-1组成的复合物。NLRP3可以感知AS病变部位的代谢物质，如胆固醇结晶和ox-LDL，促进NLRP3炎症小体的激活。当AS斑块中的巨噬细胞吞噬脂质或受到病原体刺激时，NLRP3被激活，促进下游caspase-1的成熟，进而活化IL-1β等促炎细胞因子的前体[24]。这些炎性因子会进一步招募更多巨噬细胞和免疫细胞，加重血管炎症损伤。同时，NLRP3的激活也会促进巨噬细胞分泌基质金属蛋白酶，降低斑块纤维帽的稳定性。巨噬细胞的线粒体功能障碍、氧化应激以及细胞外Ca2+都参与了炎症小体的激活，这些因素都存在于斑块中，然而，缺氧在AS病变中占主导地位，是激活NLRP3炎症小体的主要因素，能够刺激泡沫细胞和斑块坏死核心的形成[25]。

5、小结

本文系统阐述了巨噬细胞在AS发生发展的各阶段中所起的作用和具体分子机制。巨噬细胞通过介导脂质代谢、促进炎症反应及免疫细胞浸润和破坏斑块稳定性等多途径推动AS的形成与进展。尤其是在不同激活状态下巨噬细胞亚群之间的失衡，可导致过度的病理性炎症反应。因此，选择性调控巨噬细胞表型及其数量将是应用前景广阔的治疗靶点。当然巨噬细胞参与网络的复杂性也给这一策略带来了不少挑战。未来的研究需要从更全面和立体的视角理解这些免疫细胞在发病机制中的关键性作用，如运用单细胞测序和生物信息学解析不同状态巨噬细胞的整体基因表达，从中发现靶向干预的关键节点。最后，合理设计临床试验也尤为必要，期待这一新治疗策略早日转化为临床应用，治疗和改善AS患者的心血管事件和预后。

参考文献:

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基金资助:内蒙古自治区自然科学基金项目(No.2020MS08043);

文章来源:李辰蕾,宁鹏飞,高尚.巨噬细胞在动脉粥样硬化发生发展中的作用机制研究[J].临床医学研究与实践,2024,9(10):181-185.