第二节　巨噬细胞参与糖尿病及其血管病变的病理生理过程

一、巨噬细胞参与T2DM病理生理过程

T2DM是慢性低度炎症性疾病，其发病机制尚未阐明，一般认为在基因缺陷的基础上存在胰岛素抵抗和胰岛素分泌障碍两个环节。但是仅极少部分糖尿病患者的胰岛素抵抗是由于基因的突变，包括胰岛素、胰岛素受体和受体后基因突变。近年研究提示，不良的生活方式是T2DM的主要原因（贡献率约占60%），遗传（包括表观遗传）和环境改变因素各占20%（图1-1）。我国糖尿病患病率的快速提增也与生活习惯的改变密切相关。近30年来，工作和生活的规律变化加大，高能量食品摄入较多，活动相对较少，因此产生能量不平衡，能量过剩导致FFA增加。另外，生活习惯的改变及抗菌素应用过多，可导致肠道菌群失调，因此产生过多的LPS。FFA和LPS与巨噬细胞的Toll样受体结合，促进巨噬细胞极化，后者产生大量致炎产物，比如IL-6、CRP等，导致慢性低度炎症，或称代谢性炎症。

表观遗传，如甲基化修饰和miR等参与T2DM的病理生理过程。复旦大学附属华山医院研究组证实在新诊断的T2DM患者白细胞miR-145表达明显下降，LPS明显增加。LPS与巨噬细胞表面Toll样受体结合后抑制miR-145前体的启动子的功能，导致miR-145表达明显降低，因此miR-145的两个靶蛋白骨保护素（osteoprotegerin，OPG）、Kruppel样因子5（Kruppel-like factor 5，KLF5）的表达明显增加，后二者激活NF-κB，产生和分泌促炎因子，诱导慢性低度炎症的产生（图1-2）。LPS-Toll样受体-miRNA信号通路是巨噬细胞极化的重要途径。极化的巨噬细胞侵袭胰岛、脂肪及肝脏组织，影响这些组织的功能，导致胰岛功能下调及胰岛素抵抗。一般认为巨噬细胞仅侵入脂肪组织或肝组织，形成胰岛素抵抗，常常表现为糖尿病前期，如果同时侵入胰岛组织，损伤胰岛功能，此时常为糖尿病。可以认为极化的巨噬细胞是连接不良生活习惯与糖尿病发生的桥梁。研究证明慢性低度炎症不仅因为抑制胰岛素底物1（IRS-1）和胰岛素底物2（IRS-2）的表达及作用而产生胰岛素抵抗，而且与胰岛细胞去分化有关。近年发现T2DM胰岛β细胞并非死亡，而是失去分泌胰岛素功能，即去分化。β细胞去分化和再分化与三种转录因子有关：叉头转录因子，FOXO1（forkhead box O1）是IGF-1-PI3K-AKT的下游效应分子，炎症和氧化应激降低其含量及细胞核定位，FOXO1减少是β细胞去分化的主要因素；NKX6.1（NK6 homeobox 1）从细胞核转移到细胞质是去分化特征：巨噬细胞活化因子（macrophage activating factor，MAF）在去分化的β细胞中明显降低。IL-1、IL-6及TNF-α都可降低上述3种蛋白质而导致动物β细胞去分化，而IL-1拮抗剂可改善糖尿病鼠β细胞去分化。抗感染治疗将为防治糖尿病提供新的方法。

二、巨噬细胞极化是糖尿病高发AS的重要原因

糖尿病患者高发AS。复旦大学附属华山医院与全国16家医院对2014年1月—2015年12月住院的10 208例T2DM患者进行了横断面研究，AS（颈动脉斑块阳性）的检测率高达71.9%（图1-3）。AS诱发的心脑肾血管病变是糖尿病患者致残致死的主要危险因素。糖尿病加速AS产生的危险因素有多种，包括糖脂代谢紊乱、氧化应激、高血压等，但是研究显示巨噬细胞参与了AS病理生理的全过程（图1-4）。

（一）巨噬细胞浸润血管内膜层

来自循环血液中的单核细胞或已经分化的巨噬细胞黏附在血管壁的内皮细胞，通过滚动，从内皮细胞间隙浸润管内膜层。糖尿病患者增加的代谢产物（FFA和LPS等），与内皮细胞及单核细胞等细胞膜蛋白（受体）结合，导致这些细胞更多地合成和分泌血管细胞黏附分子-1（ICAM-1）和E-选择素等，后者招募单核细胞或巨噬细胞黏附到血管壁并进入内膜层。从单核细胞分化成巨噬细胞是动脉粥样硬化的起始步骤。抑制单核细胞分化为巨噬细胞，有利于AS的防治。二甲双胍激活腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK），后者抑制STAT3磷酸化，进而抑制单核细胞分化至巨噬细胞。研究证实二甲双胍通过减少小鼠单核细胞浸润，降低AngⅡ诱导的ApoE粥样斑块形成。AMPK-STAT3轴调节单核细胞浸润及单核细胞-巨噬细胞分化，在防治AS过程中起着举足轻重的作用。

（二）泡沫样细胞形成

LDL-C透过内皮细胞深入内皮细胞间隙，经氧化形成氧化型LDL-C（Ox-LDL）。巨噬细胞的清道夫A和B受体与Ox-LDL结合而被摄取，形成巨噬源性泡沫细胞，此为AS早期特征性的脂纹病理变化。糖尿病患者脂代谢紊乱，高密度脂蛋白（HDL-C）减少，甘油三酯增加，抑制逆向胆固醇转运，LDL-C增加；巨噬细胞B型清道夫受体CD36表达增加；巨噬细胞释放炎症因子，因此糖尿病患者容易产生泡沫样细胞。抑制巨噬细胞摄入过多LDL-C及增加胆固醇的流出，将有效控制泡沫样细胞产生。复旦大学附属华山医院研究组证实小檗碱可增加巨噬细胞胆固醇的流出。

（三）粥样斑块形成

巨噬细胞及平滑肌细胞吞噬过多LDL-C形成的泡沫样细胞在内膜层坏死崩解，形成糜粥样坏死物，为粥样斑块（atheromatous plaque），是AS典型病变。

粥样斑块：

亦称粥瘤（atheroma）。动脉内膜面见灰黄色斑块，既向内膜表面隆起，又向深部压迫中膜。纤维帽的下方，有多量黄色粥糜样物。光镜可见细胞外脂质及坏死物和胆固醇结晶。周边部可见肉芽组织、少量泡沫细胞和淋巴细胞浸润。

（四）斑块破裂

不稳定斑块容易产生斑块破裂，其病理和生化的特点为：纤维帽薄；斑块不规则；脂肪核心较大；大量巨噬细胞和其他炎症细胞浸润；金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）表达增加；炎症标志物及细胞炎症增加；新生微血管增多。巨噬细胞极化后主要分为M1（促炎症，如IL-1）和M2（抑炎症，如IL-10）两种表型。在早期斑块内浸润细胞以M2巨噬细胞为主，维持斑块的稳定性。在不稳定斑块，巨噬细胞极化为M1型，巨噬细胞泛素样结合蛋白P62明显增加，巨噬细胞自噬能力下降，产生炎症因子及活性氧触发内质网应激，分泌MMP，促使斑块纤维帽变薄，加快斑块破裂。综上所述，巨噬细胞的极化参与斑块形成和破裂的各个阶段，调控巨噬细胞的极化是防治AS的关键。

三、巨噬细胞极化与糖尿病肾病和糖尿病视网膜病变

糖尿病肾病（diabetic nephropathy，DN）或糖尿病肾脏疾病（diabetic kidney disease，DKD）是肾衰竭的主要原因之一。

研究证明糖尿病肾病患者的肾小球、肾小管及肾动脉组织中单核细胞或巨噬细胞浸润都明显增加；巨噬细胞浸润程度与血糖水平肾功能及肾脏纤维化密切相关；糖尿病肾病（DN）的发病与肾脏间质内巨噬细胞的浸润有关；氧化应激产物活性氧（reactive oxygen species，ROS）与DN有关；炎症因子TNF-α刺激系膜细胞产生氧自由基，导致细胞内膜损伤，促进ICAM-1分泌，招募巨噬细胞浸润；抑制巨噬细胞的浸润及极化可减轻DN的发生和发展。研究结果显示巨噬细胞参与糖尿病肾病的发生和发展（图1-5）。糖尿病视网膜病变与DN都是糖尿病特异的并发症，前者常是诊断DN的参考指标。近年研究证明巨噬细胞诱导的慢性低度炎症参与糖尿病视网膜病变的病理生理过程。

四、巨噬细胞极化与非酒精性脂肪肝和肥胖

NAFLD患者常常伴有肥胖，反之亦然，两者都与能量过剩有关。脂肪过多沉积在肝细胞和脂肪细胞，诱导巨噬细胞极化，后者产生炎症因子并损伤组织器官，参与NAFLD、肥胖及其他代谢性疾病。NAFLD及肥胖产生的胰岛素抵抗是糖尿病及动脉粥样硬化的主要危险因子之一。定居在各组织中的巨噬细胞的极化也参与代谢性疾病的过程。肝组织定居的巨噬细胞（库普弗细胞）占全身定居巨噬细胞总量的65%～70%。过多沉积在肝细胞的脂肪损伤肝细胞，产生病原相关分子模式因子或损伤相关模式分子（damage associated molecular patterns，DAMP），后者通过Toll样受体、RIG-1样受体或NOD样受体等模式识别受体，极化库普弗细胞及诱导单核细胞分化为巨噬细胞。极化的库普弗细胞及巨噬细胞在非酒精性脂肪性肝炎（nonalcoholic steatohepatitis，NASH）病理生理过程起决定性的作用。