综述：单核细胞与巨噬细胞生物学中的活性氧和活性氮

《Antioxidants》：Reactive Oxygen and Nitrogen Species on Monocyte and Macrophage Biology Francisco Rafael Jimenez-Trinidad, Sofia Morini, Armanda Buffon, Andrea de Prisco, Greta Galati, Astrid de Ciutiis, Alessia d’Aiello, Francesc Jiménez-Altayó, Ana Paula Dantas and Anna Severino + 1 author

本文全面梳理了活性氧（ROS）与活性氮（RNS）在单核/巨噬细胞生存、分化、迁移与极化等关键生物学过程中的双重作用。文章阐述了ROS/RNS的内外源，详析了其通过NF-κB、Nrf2/HO-1、NLRP3炎性体等通路调控免疫稳态的机制，并以动脉粥样硬化为范例，揭示了氧化还原失衡如何驱动慢性炎症疾病，并展望了靶向NOX、线粒体等特异性抗氧化策略的治疗前景。

　　

活性氧与活性氮：单核与巨噬细胞命运的氧化还原指挥家

在人体免疫系统的前线，单核细胞和巨噬细胞扮演着哨兵与清道夫的双重角色。它们的命运与功能并非一成不变，而是受到一套精妙化学语言的深刻调控——这就是活性氧（ROS）与活性氮（RNS）。这些化学性质活泼的分子，长期以来被视为有害的代谢废物，如今已被正名为细胞信号传导的核心信使。这篇综述旨在揭示，ROS与RNS如何作为氧化还原指挥家，精细编排单核与巨噬细胞的生存、迁移、分化与极化，进而深刻影响从宿主防御到慢性炎症疾病（如动脉粥样硬化）的全过程。

活性氧/活性氮的来源：内外交响

单核与巨噬细胞中的ROS/RNS来源广泛，形成一场“内外交响”。内源性生产是主旋律。线粒体作为“动力车间”，在电子传递链（尤其是复合物I和III）发生电子泄漏时，会持续产生超氧阴离子（O₂•^?）和过氧化氢（H₂O₂）。NADPH氧化酶（Nox），特别是吞噬细胞中的Nox2，则是一个专业化的“氧化爆发”系统，能在病原体入侵时被快速激活，大量产生超氧阴离子用于直接杀菌。髓过氧化物酶（MPO）则进一步“放大”氧化潜力，利用H₂O₂生成次氯酸（HOCl）等强效杀菌剂。此外，内质网应激、过氧化物酶体活动以及芬顿反应（Fe²⁺催化H₂O₂产生羟基自由基•OH）也都是重要的内源贡献者。

RNS方面，诱导型一氧化氮合酶（iNOS或NOS2）是巨噬细胞在脂多糖（LPS）等刺激下产生一氧化氮（NO•）的关键酶。NO•与超氧阴离子能以近乎扩散控制的速度反应，生成一种氧化和硝化能力极强的分子——过氧亚硝酸盐（ONOO•^?），它是巨噬细胞杀伤病原体的前线细胞毒性效应分子。

外源性刺激则提供了交响乐的“环境和声”。环境毒素、污染物可以直接或间接诱导氧化应激。病原体相关分子模式（PAMPs，如LPS）和损伤相关分子模式（DAMPs，如HMGB1、游离血红素、氧化型低密度脂蛋白oxLDL）不仅能激活免疫反应，还能强烈刺激Nox和iNOS，放大ROS/RNS的产生。邻近细胞（如活化的中性粒细胞、内皮细胞）释放的氧化剂也能以旁分泌形式影响单核/巨噬细胞。

氧化应激与单核细胞生物学：迁徙与命运的十字路口

作为循环中的前体细胞，单核细胞对氧化还原状态的变化异常敏感。ROS/RNS如同一个精密的调节器，控制着它们的存亡、去向与转变。

在生理浓度下，ROS/RNS通过激活Nrf2等通路，上调血红素加氧酶-1（HO-1）等抗氧化酶，促进细胞的适应性应激反应，增强存活能力。然而，过量或持续的ROS/RNS则会触发氧化损伤，加速细胞凋亡。这种生存调控直接影响着组织中巨噬细胞和树突状细胞的前体库。

单核细胞向炎症部位的迁移也深受ROS/RNS调节。它们能调控黏附分子和趋化因子受体的表达与活性。例如，ROS介导的趋化因子氧化可增强其趋化活性；一氧化氮（NO•）能影响血管张力，间接调节单核细胞的黏附与跨内皮迁移。线粒体代谢与迁移能力直接相关，解偶联蛋白2（UCP2）过表达会减少线粒体ROS，从而抑制单核细胞的迁移。

单核细胞向巨噬细胞或树突状细胞的分化，则是由局部微环境信号（许多都汇聚于氧化还原敏感通路）紧密控制的。在氧化性微环境中，单核细胞更可能分化为促炎性（M1样）巨噬细胞；而平衡的氧化还原条件则有利于替代性（M2样）或耐受性分化途径。

氧化应激对巨噬细胞功能与极化的塑造：M1/M2的氧化还原天平

巨噬细胞具有极化的可塑性，可根据环境信号在经典激活的促炎M1表型与替代激活的抗炎修复M2表型之间转换，而ROS/RNS是调节这个天平的关键砝码。

高水平的ROS/RNS与M1表型的获取和维持密切相关。LPS和干扰素-γ（IFN-γ）等刺激可强烈激活Nox和iNOS，产生大量超氧阴离子和一氧化氮。这些活性中间体不仅放大抗菌活性，还激活NLRP3炎性体等通路，驱动白细胞介素-1β（IL-1β）等促炎细胞因子的释放。线粒体来源的超氧阴离子对于M1巨噬细胞中NLRP3炎性体激活和IL-1β释放也至关重要。

相比之下，M2极化通常由白细胞介素-4（IL-4）等诱导，其特征是氧化磷酸化增强，氧化爆发活性相对降低。此处的ROS水平受到严格调控，以支持组织重塑和修复，同时最小化附带损伤。例如，M2巨噬细胞中白细胞介素-10（IL-10）的分泌依赖于线粒体复合物III产生的超氧阴离子，这揭示了一种支持抗炎功能的氧化还原依赖机制。抗氧化酶HO-1有助于维持M2巨噬细胞的氧化还原平衡。

这种氧化还原依赖的极化调控对炎症与愈合的平衡具有深远影响。持续的ROS驱动M1极化会助长慢性炎症和组织损伤，是动脉粥样硬化、自身免疫病等疾病的发病机制之一。相反，有利于M2样状态的受控氧化还原调节，则有助于清除凋亡细胞、促进血管新生和组织再生。

核心氧化还原信号通路：信号的汇聚与转换

ROS/RNS的信号通过一个复杂的网络转换成细胞功能反应，其中几个核心通路至关重要。

核因子κB（NF-κB）和核因子E2相关因子2（Nrf2）/HO-1通路是炎症与抗氧化防御的一对相互关联的平衡调节器。ROS/RNS通过降解IκB抑制剂激活NF-κB，进而驱动TNF-α、IL-6等促炎基因的转录。相反，氧化应激使Nrf2与细胞质中的Kelch样ECH关联蛋白1（Keap1）解离并入核，促进HO-1、醌氧化还原酶1（NQO1）等抗氧化基因的转录。两者间的动态平衡对巨噬细胞极化和氧化应激下的细胞稳态至关重要。

NLRP3炎性体是另一个关键的氧化还原敏感通路。由线粒体或Nox酶产生的ROS，是NLRP3激活的次级信号，导致 caspase-1介导的IL-1β和IL-18的切割与分泌。这一过程受硫氧还蛋白互作蛋白（TXNIP）的紧密调控，其在氧化应激下与硫氧还蛋白解离并结合NLRP3，促进炎性体组装。

此外，Nox复合物（尤其是Nox2）的组装与激活受磷酸化事件和蛋白质相互作用的严格调控。小GTP酶Rac和蛋白激酶C（PKC）在其中发挥关键作用。丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）家族则作为转导氧化还原信号的中心枢纽，整合多种刺激，协调炎症与抗氧化反应。

ROS与RNS在动脉粥样硬化及冠心病综合征中的作用：血管内的氧化风暴

动脉粥样硬化及其临床结局（如急性冠脉综合征）本质上是慢性炎症和氧化应激驱动的疾病，单核细胞和巨噬细胞在其中扮演核心角色。

在动脉壁，单核细胞被招募至内皮功能障碍部位，分化为巨噬细胞并吞噬oxLDL，形成泡沫细胞——早期动脉粥样硬化病变的标志。这一过程极度依赖ROS/RNS，它们不仅促进LDL氧化，还调节从招募、活化到凋亡的每一个环节。动脉粥样硬化斑块内的单核/巨噬细胞ROS产生增加，既是炎症的驱动力，也是疾病活动的标志。

Nox酶（特别是Nox2和Nox4）是斑块内ROS过度产生的主要贡献者。线粒体功能障碍也起关键作用。环境因素如细颗粒物（PM2.5）会进一步加剧氧化应激。RNS，特别是过氧亚硝酸盐，通过硝化酪氨酸残基来改变蛋白质功能（如载脂蛋白A-I硝化损害其胆固醇外流能力），从而促进动脉粥样硬化。ROS与RNS的相互作用形成了一个氧化损伤的恶性循环，促进坏死核心形成和斑块破裂——这是大多数急性冠脉综合征的始发事件。

斑块内的氧化还原环境深刻影响巨噬细胞极化。不稳定性斑块中以M1巨噬细胞为主，产生高水平的ROS和促炎因子，加剧炎症和组织损伤。稳定性斑块中M2巨噬细胞更普遍，具有更强的抗氧化防御能力，并通过产生IL-10和转化生长因子-β（TGF-β）促进组织修复。氧化应激会打破M1/M2平衡，偏向M1极化。

当动脉粥样硬化斑块破裂导致心肌缺血坏死后，循环单核细胞被迅速募集至损伤组织。根据局部微环境信号，它们可分化为促炎M1巨噬细胞，放大氧化应激和组织损伤；或分化为促修复M2巨噬细胞，增强抗氧化反应、促进血管新生和组织修复。这种由氧化还原信号紧密调控的M1/M2动态平衡，决定着心肌损伤程度和梗死后修复效率。

治疗展望：从广谱抗氧化到精准氧化还原调节

认识到ROS/RNS的核心作用后，调节氧化还原平衡以治疗炎症性疾病（尤其是动脉粥样硬化）的策略备受关注。然而，临床翻译充满挑战。

传统的广谱抗氧化剂（如维生素C、E）在大型临床试验中效果不佳甚至潜在有害，这可能源于其 indiscriminate scavenging 扰乱了ROS/RNS正常的生理信号功能。因此，未来方向是发展更精准的策略：

1. 1.
   靶向特定ROS来源：如开发Nox2、Nox4等同工酶的选择性抑制剂，或使用线粒体靶向抗氧化剂（如Mito-Esc），在源头中和病理性的ROS，同时保留有益的氧化还原信号。
2. 2.
   调节氧化还原敏感通路：使用Nrf2通路激活剂（如萝卜硫素）以全面增强细胞抗氧化防御；或使用特定IKK抑制剂等调节NF-κB通路，在不完全阻断免疫功能的前提下抑制过度炎症。
3. 3.
   靶向NLRP3炎性体：开发抑制剂以阻断ROS触发的过度炎症反应。
4. 4.
   个性化医疗：依据抗氧化酶基因多态性、ROS产生能力差异等，利用氧化生物标志物（如单核细胞线粒体DNA损伤、氧化脂质水平）来指导治疗。

此外，在癌症治疗领域，放疗化疗在杀伤肿瘤细胞的同时，也可能对单核/巨噬细胞造成氧化损伤，导致长期并发症。精心校准的辅助性氧化还原调节策略，可能在保护免疫细胞稳态的同时不影响抗肿瘤疗效，是 cardio-oncology 领域一个有前景但充满挑战的方向。

结论与未来方向

总而言之，氧化应激通过氧化还原敏感信号通路，从根本上塑造了单核细胞和巨噬细胞的生物学行为。ROS与RNS是免疫稳态的关键调节者，在健康与疾病中扮演着“双刃剑”的角色。未来研究需借助单细胞分析、先进氧化还原成像等技术，更精细地解析氧化还原调控的复杂性。超越广谱抗氧化剂，走向靶向特定ROS源、增强内源防御、结合代谢干预的精准氧化还原调节疗法，将为治疗动脉粥样硬化等慢性炎症性疾病开辟充满希望的新途径。