冠狀病毒防御戰(zhàn)之巨噬細胞
 您了解冠狀病毒嗎？ 冠狀病毒(CoV)是自然界廣泛存在的一類病毒，因該病毒的形態(tài)在電鏡下觀察類似王冠而得名。其基因總長約28~32 kb，基因組大致可分成6到7個區(qū)域，每個區(qū)域均包含至少1條開放閱讀框(opten-reading frame，ORF)。CoV顆粒的直徑約60～200 nm，平均直徑為100 nm，呈球形或橢圓形，是目前發(fā)現(xiàn)最大的RNA類病毒。 ┇ CoV主要有4種結(jié)構(gòu)蛋白~ ┇  少數(shù)冠狀病毒還具有血凝素酯酶(Hemagglutinin esterase, HE)糖蛋白。  圖1：冠狀病毒結(jié)構(gòu)模式圖 ▲▼ 新冠病毒的特性 ▼▲ 目前為止發(fā)現(xiàn)冠狀病毒僅感染脊椎動物，可引起人和動物呼吸道、消化道、泌尿生殖系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)疾病。2019新型冠狀病毒(COVID-19)是新發(fā)現(xiàn)的可以感染人和動物的冠狀病毒，是目前已知的第7種可以感染人的冠狀病毒，其余6種分別是HCoV-229E、HCoV-OC43、HCoV-NL63、HCoV-HKU1、SARS-CoV(引發(fā)重癥急性呼吸綜合征)和MERS-CoV(引發(fā)中東呼吸綜合征)。
COVID-19傳播途徑主要是呼吸道飛沫傳播、接觸傳播和糞-口傳播，氣溶膠等其它傳播途徑尚待進一步明確。感染了COVID-19后患者常伴有呼吸道癥狀、發(fā)熱、咳嗽、氣促和呼吸困難等，在較嚴重病例中，感染可導致肺炎、嚴重急性呼吸綜合征、腎衰竭，甚至死亡。目前對于COVID-19所致疾病沒有特效治療方法，一般根據(jù)患者臨床癥狀進行對癥治療。此外，患者免疫功能的狀態(tài)直接影響疾病的預后與轉(zhuǎn)歸。 通過對臨床病例的分析，發(fā)現(xiàn)女性在COVID-19感染后不僅癥狀相對較輕，而且比男性有更長的潛伏期，男性感染后的病死率高于女性，在確診的2019-nCoV重癥感染者里面，大量的患者出現(xiàn)了“細胞因子風暴”，在患者體液中可以檢測到多種細胞因子如TNF-α、IL-1、IL-6、IL-12、IFN-α、IFN-β、IFN-γ、MCP-1和IL-8等大量產(chǎn)生的現(xiàn)象，是引起急性呼吸窘迫綜合癥和多器官衰竭的重要原因[2, 3]。在此前非典，中東呼吸綜合征和埃博拉病毒等感染疾病案例證明，細胞因子風暴才是真正的奪命殺手，可以觸發(fā)免疫系統(tǒng)對身體的猛烈攻擊。這也是為什么針對COVID-19患者需要輔以激素治療，調(diào)控我們的免疫系統(tǒng)，避免自身細胞被免疫系統(tǒng)過度攻擊。 少數(shù)冠狀病毒還具有血凝素酯酶(Hemagglutinin esterase, HE)糖蛋白。 ▲▼ 巨噬細胞在病毒感染后的作用 ▼▲
巨噬細胞是機體最重要的免疫細胞之一，在流感病毒感染后，巨噬細胞可迅速到達肺部感染處，對局部微環(huán)境反應的不同，巨噬細胞會發(fā)生不同類型的極化。根據(jù)極化后巨噬細胞的表面標志物及其功能，可將極化后的巨噬細胞類型分為經(jīng)典活化的巨噬細胞(Classically activated macrophage, M1)和替代性活化的巨噬細胞(Alternatively activated macrophage, M2)兩大類。
M1型巨噬細胞能吞噬并清除外來病原體，激活Ｔ細胞的免疫反應，分泌促炎因子，參與細胞因子風暴的形成，加速細胞外基質(zhì)降解和細胞凋亡，調(diào)節(jié)并促進Th1型免疫應答。 M2型巨噬細胞能促進組織修復和傷口愈合，調(diào)節(jié)Th2 型免疫應答，有助于組織重塑。而性激素可以調(diào)控巨噬細胞的極化，已有文獻報道雌激素在病毒感染性疾病中具有保護作用，究其原因是雌激素可以誘導巨噬細胞向M2型巨噬細胞方向分化，減輕機體的炎癥反應，有利于疾病的轉(zhuǎn)歸[4, 5]。結(jié)合COVID-19感染后女性發(fā)病程度較輕，并且死亡率較男性低的特點，可以推測在雌激素的影響下，M1/M2 的不平衡極化在COVID-19感染中起著重要作用，調(diào)控巨噬細胞極化的方向有望能改善疾病的發(fā)生發(fā)展，因此深入了解巨噬細胞的生物學功能及極化機制對病毒感染相關疾病的預防和治療具有一定的指導意義。 接下來將就巨噬細胞起源、極化以及鑒定做進一步總結(jié)，希望能有助于大家研究巨噬細胞。 巨噬細胞
▲▼ 巨噬細胞的起源 ▼▲ 巨噬細胞(Macrophage)是單核吞噬細胞系統(tǒng)晚期分化細胞，是機體的主要免疫細胞，在先天性免疫和獲得性免疫反應中都起著重要的作用，它由骨髓造血祖細胞發(fā)育分化釋放進入外周血，隨后進一步分化為組織定居的巨噬細胞，如肺臟中的塵細胞、肝臟中的庫普弗細胞(Kupffer cell)、皮膚中的朗格漢斯細胞(langerhans cell)、腦組織中的小膠質(zhì)細胞和骨組織中的破骨細胞等[6]。單核細胞在分化為巨噬細胞的過程中，形態(tài)和功能發(fā)生較大改變，主要表現(xiàn)為體積增大、細胞器數(shù)量增加、吞噬功能增強并能分泌大量可溶性細胞因子等。機體所受到的免疫刺激、分泌的促炎因子以及代謝因素均能夠促進單核細胞向外周組織中遷移并分化為巨噬細胞，以增強機體防御，組織重塑和修復[7]。
巨噬細胞具有異質(zhì)性和多樣性，在體液免疫和細胞免疫中均發(fā)揮著不可替代的作用，受不同因素刺激時巨噬細胞會發(fā)生不同類型的極化，根據(jù)極化后巨噬細胞的表面標志物及其功能，可將極化后的巨噬細胞類型分為經(jīng)典活化的巨噬細胞(Classically activated macrophage, M1)和替代性活化的巨噬細胞(Alternatively activated macrophage, M2)兩大類。M1型巨噬細胞能吞噬并清除外來病原體，分泌促炎因子，激活Ｔ細胞的免疫反應，在炎癥初期發(fā)揮重要作用。M2型巨噬細胞能促進組織修復和傷口愈合，在炎癥后期有利于疾病的恢復。Mantovani等提出進一步對M2細胞進行亞型分類：由IL-4或IL-13誘導產(chǎn)生的M2a型巨噬細胞、由Toll樣受體(toll like receptors，TLRs)的配體誘導產(chǎn)生M2b型巨噬細胞和由IL-10和糖皮質(zhì)激素誘導產(chǎn)生的M2c型巨噬細胞[8]。在炎癥反應過程中巨噬細胞的極化能夠相互轉(zhuǎn)換，發(fā)揮不同功能，在炎癥早期M1型巨噬細胞通過釋放促炎細胞因子，招募和激活適應性免疫細胞，從而誘導Th1 和Th17 反應，在促進炎癥反應過程中可能會對機體正常組織造成損傷，而當機體處于炎癥恢復階段時，這些細胞可以轉(zhuǎn)化為M2 型巨噬細胞，抑制炎癥反應，從而誘導Th2 反應，參與組織愈合和修復[9]。 ▲▼ 體外巨噬細胞極化方案 ▼▲
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| 圖2：人巨噬細胞極化步驟 |
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| 而體外小鼠的巨噬細胞的研究由骨髓細胞分化而來，骨髓細胞加入 20ng/ml M-CSF，隔天半量換液，誘導分化 6 天后即為 BMDM0，加 20ng/ml IFN-γ和LPS極化一天分化為BMDM1；加20ng/ml的IL-4/IL-10極化一天，即分化為 BMDM2(圖3)。 |
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| 圖3：小鼠巨噬細胞極化步驟 |
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| ▲▼ 巨噬細胞的鑒定 ▼▲ |
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| 對分化后的人單核細胞來源的巨噬細胞進行表型鑒定發(fā)現(xiàn)M1型巨噬細胞CD14 高表達，清道夫受體(Scavenger receptors, SR,CD163)低表達，甘露糖受體(Mannose receptors, MR, CD206)不表達；在 M2 細胞中，CD14 高表達，CD163 和 CD206均高表達; 在 M0 細胞中，CD14 高表達，CD163 低表達，CD206 中表達。同時對三種巨噬細胞進行分泌細胞因子的鑒定，M0、M1 細胞經(jīng)LPS活化后，以釋放大量促炎性細胞因子 TNF-α 為主，幾乎不釋放 IL-10；而M2 細胞經(jīng)LPS活化后，則以釋放大量抑炎性細胞因子 IL-10 為主，只釋放少量的 TNF-α[10]。 對小鼠骨髓細胞來源的不同亞型巨噬細胞分泌的細胞因子分析發(fā)現(xiàn)：M1型巨噬細胞IL-12 水平顯著上升, 其IL-10 的分泌略有增加，同時高表達iNOS；而M2型巨噬細胞其IL-10分泌水平明顯增加, 而IL-12 水平很低，Arginase-Ⅰ的表達和活性顯著增加。其表面標志性分子表達分析：M2 與M1 型巨噬細胞相比，CD163、CD206 和Dectin-1 表達明顯上調(diào)[4]。 |
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| ▲▼ 巨噬細胞功能 ▼▲ |
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| M1型巨噬細胞由IFN-γ及LPS等極化產(chǎn)生，釋放TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-12、IL-23等促炎性細胞因子，抗原提呈能力和吞菌能力增強，作為抗原提呈細胞(antigen presenting cells, APCs)，能夠促進適應性免疫應答的發(fā)生。M2型巨噬細胞由IL-4 或IL-13 誘導，CD206 和精氨酸酶表達增高，內(nèi)吞能力增強，分泌IL-10、TGF-β等抑炎性細胞因子、促進Th2細胞分化，發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)及組織修復功能，其抗原提呈能力較弱，在寄生蟲免疫反應、變態(tài)反應、傷口愈合和組織重構(gòu)中發(fā)揮重要作用[5, 11]。M2 型巨噬細胞的不同亞型分別發(fā)揮不同功能(圖4)。M2a 由IL-4 或IL-13誘導產(chǎn)生，高表達CD206，內(nèi)吞活性增強，促進細胞生長和組織修復，介導 Th2 型免疫反應。M2b 由免疫復合物和LPS /IL-1 刺激誘導產(chǎn)生，可以同時產(chǎn)生抗炎和促炎細胞因子IL-10、IL-1β、IL-6，執(zhí)行免疫調(diào)節(jié)功能，并能促進Th2活化并增強體液免疫。M2c 型巨噬細胞，又稱失活型巨噬細胞，由糖皮質(zhì)激素、IL-10 或TGF-β 誘導產(chǎn)生，低表達MHCII 分子，在基質(zhì)沉淀和組織重塑中發(fā)揮作用，此外，M2c型巨噬細胞可通過釋放大量的IL-10和TGF-β抑制免疫反應，對凋亡細胞表現(xiàn)出強烈的抗炎作用[5, 12]。 |
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| 圖4：不同巨噬細胞亞型功能 |
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| ▲▼ 病毒感染調(diào)控巨噬細胞極化過程 ▼▲ |
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| 在病毒感染急性期，巨噬細胞向M1方向極化，M1型巨噬細胞可促進炎癥反應，輔助機體清除病原體，但其過度活化可引起細胞因子風暴，加重組織的免疫病理損傷，且M1 型巨噬細胞極化比例與病情嚴重程度呈正相關; 隨著病毒感染相關疾病的進展，巨噬細胞向M2方向極化，M2型巨噬細胞可通過分泌多種抑炎因子發(fā)揮免疫調(diào)控作用，參與組織修復[13, 14]。巨噬細胞極化不是M1 /M2 兩個極端，而是一個連續(xù)的巨噬細胞活化譜。Herbein等基于逆轉(zhuǎn)錄病毒感染提出了M1 /M2 重塑模型，即在感染早期M1型巨噬細胞極化占優(yōu)勢，M1型巨噬細胞是機體細胞因子風暴和免疫病理損傷產(chǎn)生的重要因素。在感染慢性期M2型巨噬細胞極化占優(yōu)勢，促進組織修復并重建免疫穩(wěn)態(tài)抑制M1型巨噬細胞方向極化，有利于控制炎癥反應，改善急性病毒感染患者的疾病預后[15]。 | |
| 巨噬細胞是一種異質(zhì)性與可塑性較強的細胞，在病毒感染誘導炎癥反應的進展和消退中巨噬細胞極化發(fā)揮重要的雙重調(diào)控作用，是極具潛力的治療急性病毒感染所致疾病的細胞。闡明巨噬細胞極化在病毒感染過程中的作用及相關調(diào)控機制，可為病毒感染性疾病的發(fā)病機制研究及治療策略提供新的思路。 |
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| 巨噬細胞研究用相關產(chǎn)品 |
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| ▲▼ 培養(yǎng)用細胞因子 ▼▲ |
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| ▲▼鑒定用流式抗體配色方案 ▼▲ |
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| ▲▼鑒定用流式抗體配色方案 ▼▲ |
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| ▲▼極化研究推薦小分子▼▲ |
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| 參考文獻 | |
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1.McBride, R., M. van Zyl, and B.C. Fielding, The coronavirus nucleocapsid is a multifunctional protein. Viruses, 2014. 6(8): p. 2991-3018. |
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