巨噬細(xì)胞參與骨骼肌再生機(jī)制的研究進(jìn)展

喬娟 綜述 郝曉艷 郭樹忠 審校

巨噬細(xì)胞除了在固有免疫應(yīng)答中具有重要作用，還具有一些與免疫應(yīng)答無關(guān)的功能。巨噬細(xì)胞在發(fā)揮這些功能時，依賴于所處的微環(huán)境，并且呈現(xiàn)出不同的細(xì)胞表型。研究認(rèn)為，巨噬細(xì)胞與骨骼肌再生相關(guān)[1-2]，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)明確證實(shí)巨噬細(xì)胞參與了骨骼肌的再生過程。在肌肉損傷模型中，如后肢缺血模型、凍傷模型、肌毒性藥物注射模型等，若減少單核/巨噬細(xì)胞進(jìn)入受損肌肉區(qū)域，將會阻礙骨骼肌再生，表現(xiàn)為骨骼肌內(nèi)脂肪細(xì)胞持續(xù)存在，以及再生肌纖維推遲出現(xiàn)[3-6]。通過對選擇性清除單核/巨噬細(xì)胞的轉(zhuǎn)基因小鼠研究發(fā)現(xiàn)，在骨骼肌損傷24 h之內(nèi)，若單核細(xì)胞不能被募集到受損區(qū)域，骨骼肌的再生會被完全阻止，表明骨骼肌再生過程中巨噬細(xì)胞是不可缺少的[3]。這些體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，骨骼肌損傷之后，巨噬細(xì)胞的浸潤有利于骨骼肌的再生，其中巨噬細(xì)胞與成肌細(xì)胞，尤其是肌前體細(xì)胞間的相互作用，介導(dǎo)了骨骼肌的再生[7]。

1 受損骨骼肌內(nèi)巨噬細(xì)胞的來源

受損的骨骼肌內(nèi)巨噬細(xì)胞的來源，分為骨骼肌內(nèi)固有巨噬細(xì)胞和損傷后募集的單核/巨噬細(xì)胞。骨骼肌內(nèi)固有巨噬細(xì)胞常駐于肌外膜/肌束膜內(nèi)。骨骼肌損傷后，募集血液中單核/巨噬細(xì)胞至受損區(qū)域分別由兩種途徑介導(dǎo)。一是通過成肌細(xì)胞介導(dǎo)，體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)成肌細(xì)胞對單核細(xì)胞有趨化作用。這種趨化作用通過已經(jīng)被確認(rèn)的5種趨化系統(tǒng)介導(dǎo)：巨噬細(xì)胞來源的趨化因子，單核細(xì)胞趨化蛋白1（Monocyte chemoattractant protein 1，MCP-1），趨化因子 CX3CL1，血管內(nèi)皮生長因子和尿激酶系統(tǒng)[8]。骨骼肌一旦受損，成肌細(xì)胞分泌這些趨化因子，募集血液中單核細(xì)胞到受損區(qū)域。這種趨化作用的發(fā)生是因?yàn)榛罨蟮某杉〖?xì)胞位于毛細(xì)血管附近，因此可能利于募集循環(huán)系統(tǒng)中的單核細(xì)胞[9]。另外，通過組織學(xué)分析得出，位于肌外膜/肌束膜中的固有巨噬細(xì)胞對血液中單核/巨噬細(xì)胞發(fā)揮著強(qiáng)有力的趨化作用。損傷后，固有巨噬細(xì)胞分泌MCP-1，趨化附近組織內(nèi)的固有巨噬細(xì)胞和血中的單核細(xì)胞。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，在損傷即刻就被募集到骨骼肌內(nèi)的大量單核/巨噬細(xì)胞大多來源于肌外膜/肌束膜。對此部位的單核/巨噬細(xì)胞的數(shù)量進(jìn)行動態(tài)分析后得出，這些從血液中募集的單核/巨噬細(xì)胞在浸潤骨骼肌前都先聚集在肌外膜/肌束膜上[10]，這也是募集到的巨噬細(xì)胞進(jìn)入受損骨骼肌的主要途徑。與巨噬細(xì)胞參與肝臟再生類似，組織內(nèi)固有的巨噬細(xì)胞對募集循環(huán)系統(tǒng)中的單核/巨噬細(xì)胞至關(guān)重要[11]。

2 骨骼肌再生過程中巨噬細(xì)胞的表型分析

巨噬細(xì)胞廣泛分布于不同的組織當(dāng)中，發(fā)揮著多種特定的功能[12]。其中多種功能似乎是對立的，如促炎和抗炎，誘導(dǎo)免疫應(yīng)答和免疫耐受，組織破壞和組織修復(fù)[13]。體外實(shí)驗(yàn)報(bào)道，巨噬細(xì)胞可呈現(xiàn)出多種活化狀態(tài)，且每種活化狀態(tài)下巨噬細(xì)胞都具有特定的表型和功能，提示在體情況下，巨噬細(xì)胞發(fā)揮作用可能與此類似[14]。通過經(jīng)典活化途徑活化的巨噬細(xì)胞（M1）也稱致炎巨噬細(xì)胞，能誘導(dǎo)產(chǎn)生大量的致炎因子和活性氧，這是組織損傷及免疫應(yīng)答時巨噬細(xì)胞活化的最初狀態(tài)。經(jīng)替代活化途徑活化的巨噬細(xì)胞（M2a）一般與慢性炎癥有關(guān)，這方面的證據(jù)主要是通過研究寄生蟲感染得出?？寡谆蛘呷セ罨奘杉?xì)胞（M2c）與組織修復(fù)有關(guān)，在此過程中，巨噬細(xì)胞分泌TGF-β[12]。大量體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，巨噬細(xì)胞具有適應(yīng)不斷變化的微環(huán)境的能力，從而呈現(xiàn)出不同的表型[13]。

受損的骨骼肌在損傷后1～2 d內(nèi)能很快地募集到一群特定的能分化為巨噬細(xì)胞的單核細(xì)胞介導(dǎo)炎癥反應(yīng)。這些巨噬細(xì)胞在被募集后的1～3 d內(nèi)能在原位發(fā)生表型的轉(zhuǎn)變。因?yàn)檫@種轉(zhuǎn)變發(fā)生在肌肉組織當(dāng)中，所以損傷后第3天存在于再生的肌肉組織當(dāng)中的抗炎巨噬細(xì)胞不是從血液中募集而來，而是從促炎巨噬細(xì)胞中轉(zhuǎn)變而來。體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，這種表型的轉(zhuǎn)化發(fā)生在巨噬細(xì)胞吞噬了凋亡或壞死的成肌細(xì)胞之后[15]。所以推測，在體內(nèi)巨噬細(xì)胞從致炎到抗炎的轉(zhuǎn)變是由于吞噬了凋亡或者壞死的肌纖維，這實(shí)際上就是巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的從炎癥反應(yīng)向組織修復(fù)和愈合的轉(zhuǎn)變[16]。最近研究證實(shí)，在心肌受損后單核細(xì)胞被募集到受損組織中，在這個過程中同樣發(fā)生了巨噬細(xì)胞表型的轉(zhuǎn)變，從致炎轉(zhuǎn)變?yōu)榭寡譡17]。

研究結(jié)果表明，損傷后骨骼肌再生的特點(diǎn)是巨噬細(xì)胞表型的轉(zhuǎn)變。巨噬細(xì)胞在骨骼肌受損后很快浸潤到肌組織中，并呈現(xiàn)為致炎巨噬細(xì)胞表型，即高表達(dá)腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白介素 1β（IL-1β），以及分泌白細(xì)胞蛋白酶抑制因子。對凋亡或壞死細(xì)胞裂解產(chǎn)物的吞噬使得巨噬細(xì)胞的表型從致炎轉(zhuǎn)變?yōu)榭寡??？寡拙奘杉?xì)胞高表達(dá)TGF-β、IL-10和過氧化物酶體增殖物激活受體γ（PPAR-γ），而這些高表達(dá)的分子與終止炎癥反應(yīng)及組織修復(fù)有關(guān)，介導(dǎo)了組織的修復(fù)和愈合[15]。

3 巨噬細(xì)胞與骨骼肌損傷修復(fù)

在肌肉修復(fù)階段，特異地清除肌肉組織內(nèi)高表達(dá)F4/80（F4/80是單核/巨噬細(xì)胞分化的標(biāo)志物）的巨噬細(xì)胞后，可導(dǎo)致再生的肌纖維直徑縮小。提示這些抗炎巨噬細(xì)胞參與肌細(xì)胞的分化和/或肌纖維的生長[3]。

研究表明，巨噬細(xì)胞除調(diào)控炎癥反應(yīng)外，還具有直接調(diào)控細(xì)胞生物學(xué)行為的能力，包括影響組織內(nèi)干/祖細(xì)胞增殖[18]，幼紅細(xì)胞的增殖和成熟[19]，少突膠質(zhì)細(xì)胞的分化和髓鞘的形成[20]等。體外實(shí)驗(yàn)顯示，巨噬細(xì)胞活化后可能直接指導(dǎo)神經(jīng)祖細(xì)胞向神經(jīng)元或者膠質(zhì)細(xì)胞的分化[21]。

通過研究巨噬細(xì)胞對人成肌細(xì)胞生物學(xué)行為的影響發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞促進(jìn)成肌細(xì)胞生長的作用呈量效依賴性[3，8，22]。在允許兩種細(xì)胞接觸的情況下，這種促進(jìn)作用更有效。巨噬細(xì)胞促進(jìn)成肌細(xì)胞生長的原因有兩方面。首先，巨噬細(xì)胞分泌一些類似生長因子的促有絲分裂因子，這些因子對成肌細(xì)胞來說非常有效[7，23]。其次，細(xì)胞與細(xì)胞之間的直接接觸，保護(hù)成肌細(xì)胞免于凋亡，在這種細(xì)胞接觸狀態(tài)下，4種分子系統(tǒng)參與其中，血管細(xì)胞黏附分子1-遲現(xiàn)抗原4、細(xì)胞內(nèi)黏附分子1-白細(xì)胞功能相關(guān)分子1、血小板內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子1-血小板內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子1和CX3CL1-CX3CR1。肌管（成肌細(xì)胞分化的多核細(xì)胞）高表達(dá)這些系統(tǒng)，與未分化的成肌細(xì)胞相比，肌管結(jié)構(gòu)使其免于凋亡。提示巨噬細(xì)胞在成肌細(xì)胞與周圍的基質(zhì)形成緊密連接前對其具有保護(hù)作用[15]。而成肌細(xì)胞移植過程中同時移植巨噬細(xì)胞，可明確促進(jìn)成肌細(xì)胞的存活、增殖及遷移[24]。

進(jìn)一步對處于不同活化狀態(tài)的巨噬細(xì)胞的作用進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞的功能與它的活化狀態(tài)密切相關(guān)。在共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，致炎巨噬細(xì)胞刺激成肌細(xì)胞的增殖但抑制其分化。相反，通過對肌肉生成和成肌細(xì)胞融合的分析得出，抗炎巨噬細(xì)胞強(qiáng)有力地刺激著成肌細(xì)胞的分化[25]。充分表明，不同表型的巨噬細(xì)胞調(diào)控成肌細(xì)胞特定的生物學(xué)行為。體外肌肉發(fā)生過程主要分三步：成肌細(xì)胞分化，細(xì)胞遷移相互靠近以及細(xì)胞融合成多核結(jié)構(gòu)。對巨噬細(xì)胞的條件培養(yǎng)基進(jìn)行分析可知，這三步由不同的致炎和抗炎巨噬細(xì)胞調(diào)控。致炎巨噬細(xì)胞負(fù)向調(diào)控成肌細(xì)胞的分化和融合，卻促進(jìn)成肌細(xì)胞的遷移，這利于細(xì)胞融合。相反，培養(yǎng)抗炎巨噬細(xì)胞的上清液能強(qiáng)有力地刺激成肌細(xì)胞的分化和融合，表現(xiàn)為更多多核肌管的形成[26]?？赡艿脑蚴牵煌罨癄顟B(tài)的巨噬細(xì)胞釋放的細(xì)胞因子影響了成肌細(xì)胞的生物學(xué)行為。比如，致炎巨噬細(xì)胞分泌的TNF-α能促進(jìn)成肌細(xì)胞的有絲分裂，促進(jìn)增殖但抑制其分化[27]。而抗炎巨噬細(xì)胞高表達(dá)的TGF-β1在體外的作用具有爭議，但是在體內(nèi)骨骼肌再生過程中，若中和TGF-β1，再生的肌纖維直徑變小。除細(xì)胞因子外，環(huán)氧合酶2及其代謝物可能也發(fā)揮著重要的作用，能促進(jìn)成肌細(xì)胞的融合，這對高質(zhì)量的肌肉修復(fù)是必需的[28]。

4 結(jié)論與展望

在骨骼肌再生過程中，巨噬細(xì)胞的參與是必需的。骨骼肌受損后，成肌細(xì)胞與位于肌外膜/肌束膜上的固有巨噬細(xì)胞募集循環(huán)系統(tǒng)中巨噬細(xì)胞；浸潤的巨噬細(xì)胞吞噬凋亡或壞死的肌纖維后，從致炎的表型轉(zhuǎn)變?yōu)榭寡妆硇?；抗炎巨噬?xì)胞分泌的因子促進(jìn)了成肌細(xì)胞的分化和融合，從而介導(dǎo)了骨骼肌的再生。這些結(jié)果提升了對巨噬細(xì)胞功能的認(rèn)識，除了對細(xì)胞和寄生蟲感染發(fā)揮防御功能之外，巨噬細(xì)胞在促進(jìn)組織再生過程中也發(fā)揮著重要的作用。巨噬細(xì)胞有多種活化狀態(tài)，表現(xiàn)出不同的細(xì)胞表型，每種表型缺乏特異的分子標(biāo)志物，且其表型在組織再生過程中處于不斷的動態(tài)變化過程中，這些使得對巨噬細(xì)胞進(jìn)行準(zhǔn)確的分類更加困難。所以，研究出不同表型巨噬細(xì)胞的分子標(biāo)志物，結(jié)合流式細(xì)胞技術(shù)，將會更好地對巨噬細(xì)胞進(jìn)行分類，并精確研究其功能及表型轉(zhuǎn)化的機(jī)制，以期通過調(diào)控巨噬細(xì)胞的表型變化來促進(jìn)骨骼肌的再生。

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