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前列腺素E2对巨噬细胞极化的调节作用研究进展

2024-11-19 218 上传者：管理员

摘要：前列腺素E2(PGE2)是一种花生四烯酸代谢产物，是具有生物活性的脂质小分子，作为一种炎症介质为我们所熟知。巨噬细胞是固有免疫系统的重要组成部分，是机体抵抗病原体入侵的第一道防线。巨噬细胞具有高度可塑性，根据其形态及功能不同可被简单分为经典激活的M1型及替代激活的M2型。健康状态下两种表型巨噬细胞处于动态平衡以维持免疫稳态；机体受到感染或炎症刺激时，M1/M2可相互转化，参与疾病发生发展，影响疾病转归。目前研究表明PGE2可通过调节巨噬细胞极化在炎症性疾病中发挥作用，涉及信号通路、代谢过程以及miRNA调节网络等复杂机制。本综述将探讨PGE2对巨噬细胞极化的调节机制以及这种调节作用在炎症性疾病中的效应。

关键词：
PG
PGE2
前列腺素E2
巨噬细胞
炎症性疾病
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1982年SUNE K.BERGSTRÖM、BENGT I.SAM‑UELSSON和JOHN R.VANE因发现阿司匹林的药理作用和花生四烯酸环氧化酶途径代谢产物——前列腺素（prostaglandin,PG）获得诺贝尔奖[1]，自此人们开始对PG的病理生理作用进行研究。前列腺素E2(prostaglandin E2,PGE2）是PG家族成员，最初被认为是一种较强的炎症介质，纳克级别的PGE2即可引起炎症反应。但近年研究表明PGE2在炎症反应中的作用并不单一[2]。目前认为PGE2产生的效应主要取决于其激活的前列腺素受体（EP），目前已发现4种亚型的PGE2受体（EP1～EP4），均属于G蛋白偶联受体，根据其胞内段偶联的G蛋白不同产生不同的生物学效应（表1）。EP1受体与Gq蛋白偶联，Gq蛋白激活后产生磷脂酶C(PLC）和三磷酸肌醇（IP3），引起细胞内Ca2+浓度增加；EP2和EP4激活相同的刺激性G蛋白（Gs蛋白），这两种受体受到刺激时会激活腺苷酸环化酶（adenylat cyclase,AC），导致c AMP水平升高，进而激活c AMP依赖的蛋白激酶（PKA）和转录因子（CREB），但这两种受体激活的信号通路并不完全相同：EP2主要通过c AMP/PKA通路激活T-细胞因子信号，而EP4主要通过PI3K途径发出信号，也可以由激动剂引起快速脱敏；EP3受体是4种受体中第一个被克隆出来的，其主要信号转导途径通过Gi蛋白抑制AC激活[3-4]。

表1 不同亚型PGE2受体信号转导机制

作为固有免疫系统最重要的细胞成分，巨噬细胞由于起源部位、驻留组织及入侵微生物不同而表现出多样性，其中参与免疫耐受、启动、激活、提呈抗原等过程的巨噬细胞由循环系统的单核细胞发育、分化而来，又称单核巨噬细胞[5-6]。单核巨噬细胞具有高度可塑性及强大的分化能力，在急性炎症中M1巨噬细胞发挥主要作用，而慢性炎症则以M2为主。不同健康条件下，巨噬细胞分化状态改变为进一步了解疾病提供了新的维度。

1、巨噬细胞极化

巨噬细胞广泛存在于机体组织和血液循环，有证据表明其极化状态可根据所处的免疫微环境发生改变[7]。当其暴露于脂多糖（LPS）和/或IFN-γ时，CD80、CD86、i NOS等标志基因表达增加，视为经典激活的M1型巨噬细胞；受到IL-4/IL-13刺激时，CD206、Arg-1等表达增加，即为替代激活的M2型巨噬细胞[8]。标志分子改变不仅影响巨噬细胞形态还改变其功能。M1巨噬细胞可分泌多种细胞因子，如IL-6、IL-1β、TNF-α等促进炎症进展，而M2巨噬细胞可诱导Th2型细胞因子如IL-4、IL-10、IL-13等，在组织修复、促进伤口愈合、清除寄生虫感染等方面发挥重要作用[9]。基于这两种表型在疾病中的相反作用，研究其极化发生的具体机制，诱导其向有利于疾病预后的亚型转化极为重要。

目前关于巨噬细胞M1、M2极化的机制研究已取得显著成果。全基因组关联研究显示，单核细胞分化为巨噬细胞后在染色质可及性、组蛋白修饰和DNA甲基化模式等转录表观遗传修饰方面发生显著变化，这些差异决定巨噬细胞的命运、介导的炎症反应类型以及炎症持续时间[5]。静息状态下，许多炎症基因位点处于抑制状态，此时组蛋白乙酰化程度低，受到外部刺激时关键转录因子家族通过诱导和维持特定的转录程序诱导组蛋白乙酰化，松弛染色质从而定义巨噬细胞的身份，并控制其功能[10]。LPS对巨噬细胞极化的影响主要涉及增强子区域的染色质重组。稳定增强子不受LPS刺激影响；启动增强子受到LPS刺激后通过招募TF及染色质重组以信号依赖方式变得活跃，其中TLR4信号会增加增强子乙酰化；一些巨噬细胞特异性增强子通过炎症刺激激活的转录因子结合位点，如NF-κB、STATs、AP-1等对刺激做出应答[11]。IFN-γ是巨噬细胞极化的关键激活剂，通过诱导组蛋白-4乙酰化、招募CBP-p300、STAT1和IRF1到下游基因启动子和增强子区域，如TNF、IL-6、IL-12B增加染色质的可及性。DNA甲基转移酶3B过表达或组蛋白去乙酰化酶3(HDAC3）缺失使巨噬细胞对IL-4产生高度反应，从而向M2表型倾斜。IL-4通过STAT6依赖途径诱导含jumonji结构域的组蛋白去甲基化是巨噬细胞与M2基因（Arg-1、Chi313、Retnla）结合进行替代激活所必需的。因此信号反应基因增强子和启动子动态可逆的表观遗传学标志变化对巨噬细胞极化的快速重编程和对微环境的反应至关重要。

2、PGE2对巨噬细胞极化的调控作用

PGE2已被证实对免疫细胞具有调节作用，其中包括巨噬细胞[12]。人THP-1细胞中PGE2-EP2/EP4-c AMP信号抑制炎症细胞因子TNF-α、IL-1β产生，促进其向产生IL-10的M2型极化。DÍAZ-MU‑NOZ等[13]研究表明PGE2可通过激活EP2受体上调巨噬细胞内COX2及mpges-1 m RNA水平，并通过PKA信号通路诱导CREB磷酸化。LUAN等[14]发现PGE2处理巨噬细胞使M2基因表达增加，而这种效果与使用其他c AMP激动剂产生的效果一致，说明c AMP通路在PGE2促进M2极化中发挥重要作用，CREB和CRTC2/3基因敲除细胞中IL-4/PGE2诱导的M2基因表达下降，而慢病毒转染KLF4后这种效应可被逆转，表明PGE2可通过c AMP/CREB/CRTC途径上调KLF4从而促进M2极化。

PGE2对巨噬细胞极化的调节除经典的信号级联激活外，还可通过代谢重编程进一步发挥作用，通常LPS以及IFN-γ刺激的巨噬细胞通过合成代谢尤其是有氧糖酵解途径获得能量，而IL-4刺激产生的M2巨噬细胞通过氧化磷酸化得到代谢必需的能量支持[15]。干扰巨噬细胞代谢途径可影响巨噬细胞极化及免疫应答[16]。SANIN等[17]的研究中PGE2不仅可抑制M(IL-4诱导）巨噬细胞特有的基线耗氧量和糖酵解储备增加，还可减少葡萄糖13C掺入三羧酸循环中间产物，导致细胞内ATP含量下降，细胞质和线粒体ROS减少，同时抑制氧化磷酸化。无论在小鼠巨噬细胞中还是人外周血单核细胞中PGE2处理均可降低线粒体膜电位，一般情况下线粒体膜电位下降是预测细胞死亡的指标，但PGE2与IL-4共刺激的细胞可正常存活，且线粒体损伤指标不升反降，而PGE2与LPS+IFN-γ共刺激时这种效应会消失。转录组数据分析表明，线粒体膜电位这种下降与参与线粒体和细胞质间氧化还原平衡的苹果酸-天冬氨酸穿梭系统（malate-aspartate shuttle system,MAS）有关，MAS功能失控导致126个电压调控基因表达改变，包括Retnla等与染色质可及性相关的基因、MAS代谢产物谷氨酸、天冬氨酸及NAD+细胞总量减少，而谷氨酸与M2极化相关[17]。

PGE2与mi RNA间的串扰也是影响巨噬细胞极化的重要因素。mi RNA在促进免疫细胞发育和成熟中的关键作用已得到充分证实。PGE2及其下游效应物PKA抑制mi R-21表达并促进M2基因表达[18]。STAT3是mi R-21作用的直接靶点，mi R-21-/-细胞中STAT3表达增强[19]。目前关于PGE2调控M1极化机制的研究较少，但已有证据表明外源性PGE2刺激可降低M1标志基因表达，减少M1巨噬细胞含量，可能与PGE2减少NF-κB激活，抑制炎症小体活化有关（图1）。

3、PGE2在疾病中对巨噬细胞极化的调控

3.1细菌感染性炎症性疾病

伤寒沙门菌和耶尔森菌是食源性肠炎、结肠炎重要的致病因子。巨噬细胞在清除感染细菌中起重要作用[20]。肠伤寒沙门菌和小肠结肠耶尔森菌感染时，人THP-1巨噬细胞COX-1、COX-2等基因表达发生变化，鼠伤寒沙门菌感染的巨噬细胞中最显著上调的转录本为COX-2。靶向代谢组学发现在感染的巨噬细胞中花生四烯酸及其衍生物PGE2、PGF2、PGD2以及血栓烷A2等均可被迅速分泌出来并通过EP4受体发挥作用。PGE2在EP4受体下游促进炎症小体激活，抑制M2基因表达，促进M1基因表达，增强巨噬细胞吞噬能力，降低细菌载量[21]。表明PGE2是革兰阴性菌感染过程中有效的炎症调节剂，可通过调控巨噬细胞极化影响巨噬细胞对细菌的吞噬。

图1 PGE2调节巨噬细胞极化的机制

3.2自身免疫性炎症性疾病

炎症性肠病是一种自身免疫性疾病。间充质干细胞是治疗炎症性肠病的候选细胞，已被证明可调节T细胞、B细胞、巨噬细胞等免疫细胞的生物活性，通过细胞间接触或分泌可溶性因子NO、PGE2、TGF-β等发挥免疫抑制功能。干细胞的治疗效果取决于移植后存活的细胞数量。CS-IGF-IC水凝胶涂层板培养的骨髓间充质干细胞中PGE2相关基因表达上调。移植后3 d发现结肠组织中M1含量显著减少，M2含量增加，IL-10分泌增加，EP2受体被抑制则产生相反结果，说明CS-IGF-IC水凝胶通过PGE2介导的M2巨噬细胞极化改善骨髓间充质干细胞植入效果，从而抑制炎症反应，进一步促进结肠功能和结构恢复[22]。类风湿关节炎同样是一种全身性自身免疫性疾病，以关节滑膜炎和软骨破坏为主要特征。YANG等[23]发现胶原诱导关节炎大鼠中无论在外周血单核细胞、骨髓来源巨噬细胞还是关节液中均以M1型巨噬细胞为主，M1细胞分泌细胞因子，激活成纤维样滑膜细胞增殖和Th17细胞极化，从而加重炎症，巨噬细胞浸润程度与关节损伤程度成正比，因此清除浸润的M1细胞对关节炎治疗有益。同时发现类风湿关节炎患者血清和关节液中PGE2含量显著上升。在正常小鼠中，PGE2可通过EP4-c AMP-CREB通路刺激M2极化，但胶原诱导关节炎小鼠中，持续PGE2刺激促进G蛋白偶联受体激酶（GRK2）向细胞膜移位，诱导EP4受体脱敏从而使EP4-c AMP-CREB通路发生异常，降低下游c AMP及CREB水平，导致其促进M2激活的作用消失。

3.3创伤性炎症性疾病

持续炎症反应是延缓伤口愈合的重要因素，免疫细胞在组织修复中起重要作用[24]。基于胶原酶及胶原降解产物对免疫细胞功能的调节作用，发现其有助于缓解持续性伤口炎症，胶原Santyl软膏（CSO）处理的伤口区分泌IL-4以及IL-10的巨噬细胞增加，CSO的活性成分CS-API减弱NF-κB激活，诱导STAT6磷酸化，DAS等[25]研究CSO在伤口愈合反应中的角色时发现PGE2-EP4通路在STAT6激活诱导促进愈合的巨噬细胞表型中发挥重要作用，可能对减轻伤口炎症甚至是糖尿病患者伤口炎症有益。此外，在糖尿病冠状动脉粥样硬化疾病中，PGE2还可通过激活CREB/BDNF/Trk B通路刺激M2巨噬细胞极化发挥抗动脉粥样硬化作用[26]。

表2 不同疾病中PGE2对巨噬细胞极化的调节及效应

4、小结与展望

综上，巨噬细胞由于其本身的可塑性和异质性在炎症反应中发挥不同作用，通过改变其极化状态治疗疾病已成为一种新思路。无论在心血管系统、风湿免疫系统性疾病还是伤口愈合等炎症性疾病中均发现PGE2可通过激活不同EP受体影响巨噬细胞极化从而发挥炎症调节作用（表2）。随着对PGE2的作用研究深入，也逐渐引发一些思考，如PGE2究竟是引起c AMP等发生变化的信使还是直接调控转录翻译的信息或是两种作用兼有尚不明确。未来的研究中阐明PGE2调节巨噬细胞极化的机制，调控免疫微环境中PGE2浓度，诱导巨噬细胞向有利于疾病预后的表型转化有望为一些疾病治疗提供新方向。

参考文献:

[1]张晓燕,朱毅,管又飞.花生四烯酸代谢与健康和疾病——序言[J].生理学报,2021,4(73):535-538.

[10]樊雪梅.巨噬细胞及组蛋白乙酰化对其极化的调控[J].中国免疫学杂志,2019,35(7):872-875.

基金资助:心肌缺血教育部重点实验室开放课题(KF202109);

文章来源:李文博,万聪.前列腺素E2对巨噬细胞极化的调节作用研究进展[J].中国免疫学杂志,2024,40(11):2440-2443+2451.