综述：巨噬细胞可塑性：病理微环境中的表型和功能图谱

《International Journal of Molecular Sciences》：Macrophage Plasticity: Phenotypic and Functional Profiles Across Pathological Microenvironments

　　

巨噬细胞是高度可塑的先天免疫细胞，它们根据环境背景沿连续谱系采用表型，整合发育起源和局部微环境线索，而不是符合离散的M1/M2状态。本综述描绘了塑造巨噬细胞身份的分子回路——Toll样受体（TLR）/细胞因子信号、微小RNA（microRNA）网络、代谢重编程以及包括组蛋白乳酸化在内的表观遗传机制——并追踪了循环单核细胞亚群如何促进组织巨噬细胞多样性。研究人员检查了巨噬细胞在广泛疾病谱中的可塑性——肿瘤学、自身免疫性和风湿性疾病、炎症性肠病、传染病、代谢性疾病和神经系统疾病——表明致病表型非常依赖环境：例如，M2样肿瘤相关巨噬细胞在实体瘤中促进免疫逃逸，而M1偏向程序在自身免疫中驱动组织损伤。可溶性标志物（可溶性CD163（sCD163）、可溶性CD14（sCD14）、可溶性甘露糖受体）正成为疾病活动和预后的新兴生物标志物。高维流式细胞术和质谱流式（CyTOF）连接了分子生物学和临床表型分析，能够整合表面表型、细胞内信号和代谢状态的读数。讨论的治疗策略包括选择性肿瘤相关巨噬细胞（TAM）重编程、嵌合抗原受体（CAR）-M细胞疗法和基于生物材料的平台。未来的优先事项包括空间分辨多组学、表观遗传和代谢靶向以及以巨噬细胞为中心的疫苗方法。标准化的细胞术面板对于生物标志物指导的分层和背景特异性干预至关重要。

1. 引言：巨噬细胞是高度可塑的先天免疫细胞，根据组织微环境信号持续调整表型和功能，参与宿主防御、组织稳态和修复，但在失调时也促进慢性炎症和肿瘤进展。尽管传统上以M1/M2二元范式描述，但体内研究表明巨噬细胞激活沿连续谱系存在，而非严格分类。该框架基于精氨酸代谢途径差异，但巨噬细胞行为还受发育起源和微环境影响：胚胎祖细胞来源的组织驻留细胞（如小胶质细胞、库普弗细胞、肺泡巨噬细胞）自我更新并获得器官特异性转录程序，而循环单核细胞持续补充组织，贡献器官间多样性。

2. 巨噬细胞表型多样性及其分子程序：循环单核细胞分为经典（CD14⁺⁺CD16^?）、中间型（CD14⁺⁺CD16⁺）和非经典（CD14⁺CD16⁺⁺）三个亚群，各有不同功能特征。巨噬细胞激活状态谱系广泛：M1样细胞由TLR配体（如脂多糖（LPS））联合干扰素-γ（IFN-γ）或肿瘤坏死因子-α（TNF-α）诱导，高表达MHC II类和共刺激分子，分泌促炎细胞因子和趋化因子，增强Th1/Th17免疫和微生物清除，也参与早期组织修复；M2样细胞在炎症消退时出现，表达精氨酸酶-1（ARG1），分泌白细胞介素-10（IL-10）、转化生长因子-β（TGF-β）和生长因子，促进血管生成和细胞外基质（ECM）沉积。M2进一步分为M2a、M2b、M2c、M2d和M4亚型，各具特征。经典M1/M2范式反映精氨酸代谢差异，但需与代谢和转录组学整合。巨噬细胞身份由发育起源和微环境信号塑造，如肺部肺泡巨噬细胞表达脂肪酸结合蛋白4（FABP4）和过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARG），维持表面活性剂稳态。单细胞组学平台（如单细胞RNA测序（scRNA-seq）和CyTOF）表明巨噬细胞激活沿连续谱存在。信号通路中，IFN-γ激活STAT1驱动M1，IL-4/IL-13激活STAT6诱导M2基因，STAT1和STAT6相互抑制。微小RNA（如miR-155、miR-146a、miR-21）和代谢调节因子（如mTORC1、AMP活化蛋白激酶（AMPK））及表观遗传修饰（包括组蛋白乳酸化）精细调节极化。单细胞技术揭示了巨噬细胞多样性的更高分辨率，如28种激活条件下49个转录离散亚群及连续激活景观。

3. 巨噬细胞与病理组织微环境的动态串扰：

3.1 肿瘤学：肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）在多种恶性肿瘤中大量浸润，其功能可塑性受肿瘤微环境（TME）影响：血供良好区域趋向M1样，缺氧和乳酸稳定缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）维持M2极化。肿瘤细胞通过先天免疫检查点（如CD47/信号调节蛋白α（SIRPα）、CD24/唾液酸结合免疫球蛋白样凝集素10（Siglec-10）、MHC-I/白细胞免疫球蛋白样受体B1（LILRB1））逃逸巨噬细胞清除。调节性T（Treg）细胞和肿瘤分泌介质加强M2样状态。巨噬细胞也协调转移播散，如Tie2^hi周细胞TAMs通过肿瘤微环境转移（TMEM）结构促进内渗，转移相关巨噬细胞（MAMs）支持转移灶生长。不同肿瘤亚型中机制各异：乳腺癌和卵巢癌中，TAMs通过CCL2趋化因子、细胞外囊泡和miRNA加强免疫抑制；肺癌中肺泡巨噬细胞呈M2偏向状态；胰腺导管腺癌（PDAC）中TAMs与成纤维细胞和代谢信号相互促进免疫逃逸；胶质母细胞瘤（GBM）中微胶质细胞和单核细胞来源巨噬细胞通过STAT3依赖的CHI3L1/SPP1正反馈环路促进M2极化；血液恶性肿瘤中，急性髓系白血病（AML）相关巨噬细胞（AAMs）显示M2偏向并携带白血病驱动突变，淋巴瘤相关巨噬细胞（LAMs）常表达PD-1/PD-L1；结直肠癌（CRC）中，ECM成分弹性蛋白微原纤维界面蛋白2（EMILIN-2）通过TLR4/MyD88/NF-κB轴促进M1表型；黑色素瘤中巨噬细胞在TME中表现高度可塑性，受缺氧和肿瘤衍生因子影响。

3.2 自身免疫性和风湿性疾病：类风湿关节炎（RA）和骨关节炎（OA）中，巨噬细胞是关节稳态和疾病进展的核心调节者。M1/M2失衡促进炎症和组织破坏。滑膜成纤维细胞分泌趋化因子招募单核细胞并促进M1极化。Th1/Th17细胞和B细胞产生的免疫复合物放大炎症。巨噬细胞通过产生TNF-α、IL-1β等诱导基质降解酶和破骨细胞生成。系统性硬化症（SSc）中，皮肤和肺脏出现具有促纤维化特征的巨噬细胞（如SPP1⁺巨噬细胞）。系统性红斑狼疮（SLE）中，经典单核细胞显示I型干扰素响应的促炎程序，狼疮性肾炎中M1样巨噬细胞上调鞘氨醇-1-磷酸受体（S1PRs）激活NLRP3炎症小体。风湿性多肌痛（PMR）中巨噬细胞呈现混合激活状态。巨细胞动脉炎（GCA）中，单核细胞来源巨噬细胞在不同动脉壁层分布各异。银屑病关节炎（PsA）中，CD163⁺巨噬细胞通过GM-CSF相关介质维持滑膜炎。

3.3 炎症性肠病：克罗恩病（CD）和溃疡性结肠炎（UC）中，巨噬细胞向M1偏向，产生高水平的IL-12等促炎介质，受遗传因素（如NOD2变异）影响。巨噬细胞极化受多种内源性和外源性分子动态调节，如黄芪苷、IL-33等可促进M2样表型。肠道纤维化与粘附性侵袭性大肠杆菌（AIEC）在巨噬细胞内的持久生存密切相关。

3.4 非肿瘤性肺病：哮喘和特发性肺纤维化（IPF）中，巨噬细胞表型发生病理转变。ATP6V0D2通过降解Pu.1负调节哮喘严重程度。IPF中肺泡巨噬细胞上调促纤维化基因（如载脂蛋白E（APOE）、MMP12），其吞噬功能受损。组蛋白乳酸化是连接代谢应激与巨噬细胞介导组织重塑的机制。慢性肺同种异体移植功能障碍（CLAD）中，中间型M2样巨噬细胞占优势。

3.5 巨噬细胞活化综合征和噬血细胞综合征：巨噬细胞活化综合征（MAS）和噬血细胞性淋巴组织细胞增多症（HLH）中，组织巨噬细胞和细胞毒性淋巴细胞失控扩张，呈现噬血细胞活性，sCD163升高。

3.6 代谢、内分泌和心血管疾病：急性心肌梗死中，单核细胞来源巨噬细胞通过组蛋白乳酸化促进修复性表型。骨骼肌损伤中乳酸诱导H3K9乳酸化上调神经氨酸酶2（Neu2）促进再生。脂肪组织中，内脏肥胖促进M1样巨噬细胞浸润。糖尿病肾病（DKD）中M1样巨噬细胞持续主导。甲状腺刺激激素（TSH）通过TSH受体（TSHR）信号促进M1极化。肾上腺巨噬细胞通过触发受体表达于髓系细胞2（Trem2）调节糖皮质激素产生。甲状腺相关眼病（TAO）中，CD163⁺CCL18⁺巨噬细胞参与铁死亡调节。动脉粥样硬化中，巨噬细胞摄取代低密度脂蛋白（oxLDL）形成泡沫细胞，M1样促炎巨噬细胞驱动斑块不稳定，M2样抗炎巨噬细胞具有动脉保护作用。M4亚型（CXCL4诱导）也富集于不稳定斑块。

3.7 传染病：慢性感染（如结核病、HIV）中，巨噬细胞从M1向M2转变，促进病原体持久存在。COVID-19中，高炎症性单核细胞和肺巨噬细胞积累驱动肺泡损伤。幽门螺杆菌（H. pylori）通过CagA外泌体诱导M1极化和铁死亡。嗜肺军团菌（L. pneumophila）利用镰刀铁载体rhizoferrin获取铁。浆膜巨噬细胞在流感感染恢复期迁移至肺。寄生虫感染（如血吸虫）中，哺乳动物STE20样蛋白激酶1（MST1）通过PPARγ/CD36轴促进纤维溶解。巨噬细胞迁移抑制因子（MIF）及其同源物D-多巴色素互变异构酶（D-DT/MIF-2）在多种感染中调节极化。真菌感染中，半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶募集域蛋白9（CARD9）指导单核细胞来源巨噬细胞向有效抗真菌程序分化。

3.8 非肿瘤性神经系统疾病：神经退行性疾病、缺血性卒中、脊髓损伤（SCI）等中，小胶质细胞和CNS浸润巨噬细胞整合病原相关分子模式（PAMPs）和损伤相关分子模式（DAMPs），沿M1/M2样连续谱极化。M1样表型产生促炎介质，破坏血脑屏障；M2样表型发挥神经保护作用。NF-κB通路具有双重作用。帕金森病（PD）中，小胶质细胞驱动的神经炎症与线粒体功能障碍交叉。脊髓损伤中，M1向M2转换不完全，增强M2/M1比例是修复策略。N-甲基-D-天冬氨酸受体（NMDAR）在巨噬细胞中通过糖酵解驱动M1极化。干扰素基因刺激物（STING）–I型干扰素信号在小鼠卒中后促进微胶质/巨噬细胞向促炎状态转变。脱髓鞘疾病（如多发性硬化（MS））中，铁蛋白和铁死亡通路参与神经炎症调节。

4. 治疗驱动的巨噬细胞可塑性重编程：

4.1 肿瘤学：靶向关键信号节点（如PI3K-γ、CSF-1/CSF-1R、STAT3/6）可将M2偏向TAMs重编程为M1样。巨噬细胞检查点（如CD47-SIRPα、CD24-Siglec-10、TREM2、LILRB2）阻断增强吞噬作用。表观遗传调节剂（如EZH2、SIRT1/6）影响TAM转录程序。嵌合抗原受体工程巨噬细胞（CAR-M）和巨噬细胞衍生细胞外囊泡（EVs）是新兴细胞治疗策略。巨噬细胞内在代谢（如谷氨酰胺合成酶抑制）可重编程TAMs。化疗可悖论地重塑髓系促进转移。放疗联合CD47-SIRPα阻断增强吞噬。2-甲氧基雌二醇（2ME2）选择性抑制M2极化。外泌体反义寡核苷酸（如exoASO-STAT6）将M2转为M1。永生化巨噬细胞系（iBMDMs）作为研究平台。代谢靶点（如精氨酸酶-1（ARG1）、CPT1A）和纳米技术（如二氧化锰纳米颗粒）用于TAM重编程或耗竭。在血液恶性肿瘤中，CSF-1R抑制、CD47阻断、MIF抑制和双膦酸盐等策略正在探索。

4.2 自身免疫性和风湿性疾病：二甲双胍抑制M1极化。丝裂原活化蛋白激酶磷酸酶-1（MKP-1）促进M2极化。糖皮质激素通过MKP-1驱动M2c。TNF抑制剂影响NF-κB和STAT3信号。IL-35和IL-38促进M2极化。核受体NR1D1（REV-ERBα）激动剂阻断M1。TREM2激活促进M2转变。在系统性红斑狼疮（SLE）中，霉酚酸酯（MMF）和纳米颗粒促进M2样表型。

4.3 炎症性肠病和皮肤炎症：间充质干细胞（MSCs）衍生因子（如肿瘤坏死因子-α刺激基因/蛋白6（TSG-6））促进M2极化，减轻结肠炎。在特应性皮炎中，植物黄酮类（如柚皮素、香叶木素）抑制M1并向M2重编程。

4.4 传染病：调节巨噬细胞焦亡（如Ophiopogonin C抑制DDX3X–NLRP3轴）、代谢重编程（影响三羧酸循环（TCA）和HIF-1α）、MST1激活、生物材料水凝胶顺序诱导M1至M2转变、靶向病原体衍生细胞外囊泡（如H. pylori CagA外泌体）、增强胸腔巨噬细胞动员、MIF/D-DT调节等策略正在探索。mRNA疫苗被树突状细胞和巨噬细胞高效摄取。恢复效应性胞葬作用可减轻病毒免疫病理。TREM2调节可恢复CARD9缺陷巨噬细胞的抗真菌能力。

4.5 神经系统疾病：帕金森病中抑制M1微胶质代谢或促进M2转变可保护神经元。在脊髓损伤中，DAMP清除水凝胶（如释放IL-10）和重组成纤维细胞生长因子4（rFGF4）通过PI3K/AKT/GSK3β和TLR4/NF-κB通路促进M2偏向。

5. 讨论：巨噬细胞可塑性在不同解剖部位和疾病背景中存在差异。文献检索依据三个标准（近期科学产出、临床患病率、疾病侵袭性）。过渡常沿连续谱发生，而非离散开关。单细胞和空间组学、计算建模和工程重编程重塑研究格局。巨噬细胞表型与疾病进展的关联在不同疾病中截然不同：多数实体癌中M2样促肿瘤，而风湿性疾病中M2样促进修复。可溶性巨噬细胞衍生标志物（如sCD163、sCD14、可溶性甘露糖受体）作为疾病活动生物标志物的价值日益凸显。癌症免疫治疗中，调节TAMs是扩展策略，最有望将选择性或时间限制性靶向、重编程与T细胞导向免疫疗法结合。推进领域需建立统一的、功能基础的巨噬细胞状态分类学。流式细胞术作为分子生物学与临床表型之间的操作桥梁，高维光谱流式质谱使表面表型、细胞内信号和代谢状态的同时检测成为可能。标准化巨噬细胞特异性流式细胞术面板仍是挑战。

6. 未来方向：需优先鉴定控制巨噬细胞极化和表型转换的分子检查点，超越经典M1/M2二分法。发展体内选择性调节巨噬细胞行为的技术，包括表观遗传、代谢或受体靶向干预。CAR-M等“活药物”是变革性发展。单细胞和空间多组学将揭示新型巨噬细胞亚群和功能回路。巨噬细胞导向策略是新一代治疗性疫苗的关键组成部分。这些研究为更精准和持久的治疗干预奠定基础。