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单核/巨噬细胞是机体固有免疫系统重要的组成部分，包括外周血液中的单核细胞（monocyte，Mo）和各种组织中固定或游走的巨噬细胞（macrophage，Mφ）。早在1939年，Ebert和Florey就发现单核细胞能从血液迁移至不同的组织和器官并分化发育为Mφ。Van Furth等于1969年提出了单核巨噬细胞系统（mononuclear phagocyte system，MPS）的概念。Mo和Mφ的功能并非仅限于吞噬作用，其广泛地参与抗感染免疫、抗肿瘤免疫、免疫应答和免疫调节等。另外，单核/巨噬细胞还具有黏附玻璃和塑料表面的特性，故又称黏附细胞（adherent cell）。
单核/巨噬细胞是由CD34 + 的造血干细胞（hematopoietic stem cell，HSC）分化而来。HSC受某些细胞因子（如巨噬细胞集落刺激因子、多重集落刺激因子等）的作用，首先分化发育为原单核细胞（promonocyte）并进入血液，然后再进一步分化成为成熟的单核细胞。人体外周血中，单核细胞占白细胞总数的3%～8%。通常Mo只在血液中存留仅数小时至数天，然后穿过毛细血管内皮细胞壁，迁移至全身各组织和器官，分化为成熟的Mφ。在炎症信号的刺激下，Mo还能从血液迁移至受损的组织部位，并分化成为Mφ。
在形态和功能方面，与Mo相比，Mφ细胞体积继续增大，直径可达50～80μm，细胞内所含溶酶体颗粒和线粒体的数目增多，吞噬功能和分泌细胞因子的能力增强。Mφ在炎性灶中可发生细胞分裂。在组织中，Mφ寿命可长达数月甚至数年。定居在组织中的Mφ一般不再返回血液，被称为组织中固定的Mφ。但有些Mφ可在组织间隙中自由移动，被称为游走的Mφ。
成熟单核/巨噬细胞表面高表达CD14，一般认为，CD14是其相对特异性的表面标志。成熟单核/巨噬细胞（尤其是Mφ）表面还表达多种其他分子，主要包括MHC-Ⅰ、Ⅱ类分子、某些黏附分子和共刺激分子、补体受体、模式识别受体（甘露糖受体、清道夫受体、Toll样受体）、Fc受体以及多种细胞因子、激素、多糖、糖蛋白和脂蛋白受体等。这些表面分子参与单核/巨噬细胞的迁移、黏附、抗原识别和吞噬等，并在机体的防御反应、炎症反应和损伤修复等生理、病理过程中发挥重要的作用。
成熟单核/巨噬细胞表达高水平的CD14分子（LPS受体）和CD16分子（IgG Fc段受体），根据CD14和CD16表达强度的不同，可将人类单核细胞分为三个亚群：即经典型单核细胞（CD14 ++ CD16 - ）、中间型单核细胞（CD14 ++ CD16 + ）和非经典型单核细胞（CD14 + CD16 ++ ）。三者间表型和功能的特点如表2-3所示。
表2-3 单核细胞亚群表型和功能比较
一般认为，Mφ起源于骨髓中的造血干细胞，是由单核细胞中间体从外周血迁移到组织中分化而来。但新近的研究表明，组织中的Mφ至少部分可由胚胎前体细胞分化而来。组织中Mφ数量的维持可通过局部增殖自我更新或通过血液中的单核细胞不断迁入得到补充。其异质性主要取决于循环单核细胞的异质性和Mφ所处的微环境。
Mφ的运动性、激活方式和外界激活因子的多样性决定了Mφ呈现出复杂的异质性和功能的多样性。
1.根据是否具有运动性，可将Mφ分为定居的Mφ和游走的Mφ。定居在组织中的Mφ因其具有组织特异性而被赋予特定的名称，如中枢神经系统中的小胶质细胞（microglial cell）、肺脏中的肺泡巨噬细胞（alveolarmacrophage）、肝脏中的库普弗细胞（Kupffer cell）、肾脏中的肾小球系膜细胞（mesangial cell）、骨组织中的破骨细胞（osteoclast）、结缔组织中的组织细胞（histocyte）等。游走的Mφ能持续保持运动性，如腹腔Mφ、脾脏和淋巴结中的游走Mφ等。
2.根据激活方式，可将Mφ分为经典激活的Mφ（classical activated macrophage，M1）和替代激活的 Mφ（alternative activated macrophage，M2）。M1和M2在表面受体表达、趋化因子表达、细胞因子分泌、效应功能和胞内信号转导等方面存在显著的差异（图2-7）。M1具有杀灭微生物和促炎症作用。M2具有很强的免疫调节作用和组织修复能力。M1是在Th1型免疫应答过程中产生的效应巨噬细胞。NK细胞和Th1细胞分泌的IFN-γ均可活化Mφ。LPS刺激或者GM-CSF、TNF等细胞因子都能诱导Mφ向M1极化。活化的M1能够分泌大量的细胞因子（如IL-1、IL-6和IL-23等）和合成ROI、释放NO、表达趋化因子CXCL9、CXCL10等，具有很强的内吞和杀灭胞内病原体的能力。M1还可通过表达弹性蛋白酶（又称金属蛋白酶12，MMP12）来发挥直接杀灭细菌的功能。M2又可分为三大类：①M2a：由IL-4或IL-13（主要由Th2细胞、肥大细胞和嗜碱性粒细胞产生）诱导产生；②M2b：由免疫复合物、前列腺素、G蛋白偶联受体（GPCR）相关配体、凋亡细胞或IL-10和TLR激动剂等诱导产生；③M2c：由IL-10、TGF-β、糖皮质激素在应激条件下诱导产生。M2a可分泌细胞外基质，其主要作用是促进创伤愈合、参与组织修复。M2b和M2c都可以分泌IL-10，在免疫应答中发挥调节作用，主要功能可能是抑制免疫反应和限制炎症（图2-8）。
图2-7 M1和M2的特性比较
在LPS和（或）微生物产物作用下，Mφ极化形成经典活化的Mφ（M1型），其特征为分泌促炎介质和释放活性氧以及氮中间物（ROI和RNI）。替代活化的Mφ（M2），包括一系列的极化和功能状态，分为IL-4/IL-13诱导产生的M2a、免疫复合物与TLR激动剂诱导产生的M2b和IL-10或糖皮质激素诱导产生的M2c
Mφ表面表达多种趋化因子受体，可在相应的趋化因子作用下，穿越毛细血管内皮细胞间隙向炎症灶聚集，从而发挥生物学功能。到达炎症灶的Mφ被局部炎症因子激活，分泌MIP-1α/β、MCP-1、IL-8等趋化因子，招募更多的Mφ聚集。随着炎症反应的进程，病灶中的病原体和异物逐渐被清除，Mφ的趋化反应也随之减弱并自行停止。借助于趋化因子产生和灭活的自我调节，Mφ既有利于清除病原微生物和异物，又不至损伤自身组织，从而构成了人体的有效防御机制。
在趋化因子的作用下，Mφ向炎症灶或抗原侵入部位迁移，通过模式识别受体（如TLR、SR、MR等）识别病原体表面相关的模式分子PAMP，并与病原体发生黏附，随后摄入病原体形成吞噬体（phagosome），吞噬体向细胞内部运动，与溶酶体（lysosome）融合形成吞噬溶酶体（phagolysome），溶酶体中含有多种溶酶体酶和蛋白水解酶，可分解、消化病原体等异物，最后通过胞吐作用（exocytosis）清除裂解后形成的小分子物质。Mφ还能吞噬不溶性颗粒抗原和内源性物质（如损伤或死亡的宿主细胞、细胞碎片及活化的血栓等）。
活化的Mφ具有活跃的分泌功能，能产生多种酶类（如多种溶酶体酶、溶菌酶等）、细胞因子（如IL-1、IL-6、IL-8、IL-12、IFN-γ、TNF-α等）、补体成分（如C1～C9、B因子、D因子、P因子等）、凝血因子（如凝血因子Ⅴ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ、凝血酶原、纤溶酶原激活物、纤溶酶原等）、反应性氮中间物（如NO）、防御素和其他生物活性物质（如前列腺素、白三烯、血小板活化因子、ACTH等）。
Mφ能通过趋化反应、吞噬作用、分泌细胞因子等，在炎症的发生发展中发挥重要的作用。其中TLR启动的信号转导可使多种基因激活，产生多种炎性细胞因子，具有明显的致炎作用。如IL-1β能够激活血管内皮细胞和淋巴细胞，促进局部炎症反应；IL-6可激活淋巴细胞，促进抗体的产生，引起发热；IL-8能够趋化和激活中性粒细胞，增加效应细胞功能；IL-12可激活NK细胞，并促进Th1细胞分化；IFN-γ可激活NK和CTL，增强免疫应答；TNF-α能够激活血管内皮细胞和淋巴细胞，增加血管的通透性。另外，Mφ还能分泌大量的炎性介质如前列腺素、白三烯、弹性蛋白酶等，诱导和增强局部的炎症反应。
图2-8 M1和M2的产生及功能比较
M1型巨噬细胞是机体对IFN-γ和TNF作出反应时产生的，其中IFN-γ是在适应性免疫应答期间由Th1或者NK细胞产生，TNF由抗原呈递细胞产生。M1型巨噬细胞可分泌多种炎性介质，具有杀灭微生物的功效。M2a型巨噬细胞是机体对IL-4作出反应时产生的。IL-4是在适应性免疫应答期间由Th2细胞产生或在天然免疫应答期间由粒细胞产生。M2a可分泌细胞外基质（extracellularmatrixc，ECM），参与组织修复。M2b型巨噬细胞是由机体对多种刺激因素（包括免疫复合物、前列腺素、G蛋白偶联受体相关配体、凋亡细胞或IL-10和TLR激活剂的联合作用）作出反应时产生的。M2c是由糖皮质激素或IL-10等在应急条件下诱导产生。M2b和M2c均可分泌IL-10，具有调节免疫应答的作用，被统称为调节性巨噬细胞
Mφ作为体内重要的专职APC，其通过吞噬、胞饮和受体介导的胞吞等方式摄取抗原。进入胞内的抗原经加工、处理后，呈递给T细胞，启动T细胞介导的适应性免疫应答。
单核细胞在心血管疾病的发生发展过程中发挥着重要作用，但关于何种单核细胞亚群与心血管疾病的不良预后有关的问题在学者间尚存争议。有研究表明，中间型（CD14 ++ CD16 + ）单核细胞能够增加肾衰竭患者发生心血管事件风险，并与心肌梗死后心室功能恶化以及急性缺血性心衰患者的不良预后相关。新近研究表明，冠脉不稳定斑块患者中间型单核细胞的数量明显高于斑块稳定者，且中间型单核细胞对于心血管事件具有独立预测价值。然而，另一项研究结果却表明经典型单核细胞（CD14 ++ CD16 - ）对于不良心血管事件具有预测价值，但该结果尚待确认。
慢性炎症与肿瘤的发生发展具有密切的关系已逐渐被人们所认识。肿瘤组织中具有大量的炎症细胞浸润，主要包括肿瘤相关巨噬细胞（tumor associated macrophages，TAM）、DC、淋巴细胞和肥大细胞等。TAM占全部炎症细胞的30%～50%，是肿瘤间质中数量最多的炎症细胞。但TAM无抗肿瘤作用，反而促进了肿瘤的生长、侵袭和转移，尤其与肿瘤血管和淋巴管的生成密切相关。因此，研究Mφ及其亚群在肿瘤发生发展中的作用具有重要的理论和应用价值，有望为肿瘤治疗提供新的策略。