巨噬细胞参与骨骼肌再生机制的研究进展

乔娟 综述 郝晓艳 郭树忠 审校

巨噬细胞除了在固有免疫应答中具有重要作用，还具有一些与免疫应答无关的功能。巨噬细胞在发挥这些功能时，依赖于所处的微环境，并且呈现出不同的细胞表型。研究认为，巨噬细胞与骨骼肌再生相关[1-2]，体内实验明确证实巨噬细胞参与了骨骼肌的再生过程。在肌肉损伤模型中，如后肢缺血模型、冻伤模型、肌毒性药物注射模型等，若减少单核/巨噬细胞进入受损肌肉区域，将会阻碍骨骼肌再生，表现为骨骼肌内脂肪细胞持续存在，以及再生肌纤维推迟出现[3-6]。通过对选择性清除单核/巨噬细胞的转基因小鼠研究发现，在骨骼肌损伤24 h之内，若单核细胞不能被募集到受损区域，骨骼肌的再生会被完全阻止，表明骨骼肌再生过程中巨噬细胞是不可缺少的[3]。这些体内实验证实，骨骼肌损伤之后，巨噬细胞的浸润有利于骨骼肌的再生，其中巨噬细胞与成肌细胞，尤其是肌前体细胞间的相互作用，介导了骨骼肌的再生[7]。

1 受损骨骼肌内巨噬细胞的来源

受损的骨骼肌内巨噬细胞的来源，分为骨骼肌内固有巨噬细胞和损伤后募集的单核/巨噬细胞。骨骼肌内固有巨噬细胞常驻于肌外膜/肌束膜内。骨骼肌损伤后，募集血液中单核/巨噬细胞至受损区域分别由两种途径介导。一是通过成肌细胞介导，体外实验证实成肌细胞对单核细胞有趋化作用。这种趋化作用通过已经被确认的5种趋化系统介导：巨噬细胞来源的趋化因子，单核细胞趋化蛋白1（Monocyte chemoattractant protein 1，MCP-1），趋化因子 CX3CL1，血管内皮生长因子和尿激酶系统[8]。骨骼肌一旦受损，成肌细胞分泌这些趋化因子，募集血液中单核细胞到受损区域。这种趋化作用的发生是因为活化后的成肌细胞位于毛细血管附近，因此可能利于募集循环系统中的单核细胞[9]。另外，通过组织学分析得出，位于肌外膜/肌束膜中的固有巨噬细胞对血液中单核/巨噬细胞发挥着强有力的趋化作用。损伤后，固有巨噬细胞分泌MCP-1，趋化附近组织内的固有巨噬细胞和血中的单核细胞。体内实验表明，在损伤即刻就被募集到骨骼肌内的大量单核/巨噬细胞大多来源于肌外膜/肌束膜。对此部位的单核/巨噬细胞的数量进行动态分析后得出，这些从血液中募集的单核/巨噬细胞在浸润骨骼肌前都先聚集在肌外膜/肌束膜上[10]，这也是募集到的巨噬细胞进入受损骨骼肌的主要途径。与巨噬细胞参与肝脏再生类似，组织内固有的巨噬细胞对募集循环系统中的单核/巨噬细胞至关重要[11]。

2 骨骼肌再生过程中巨噬细胞的表型分析

巨噬细胞广泛分布于不同的组织当中，发挥着多种特定的功能[12]。其中多种功能似乎是对立的，如促炎和抗炎，诱导免疫应答和免疫耐受，组织破坏和组织修复[13]。体外实验报道，巨噬细胞可呈现出多种活化状态，且每种活化状态下巨噬细胞都具有特定的表型和功能，提示在体情况下，巨噬细胞发挥作用可能与此类似[14]。通过经典活化途径活化的巨噬细胞（M1）也称致炎巨噬细胞，能诱导产生大量的致炎因子和活性氧，这是组织损伤及免疫应答时巨噬细胞活化的最初状态。经替代活化途径活化的巨噬细胞（M2a）一般与慢性炎症有关，这方面的证据主要是通过研究寄生虫感染得出。抗炎或者去活化巨噬细胞（M2c）与组织修复有关，在此过程中，巨噬细胞分泌TGF-β[12]。大量体内外实验证实，巨噬细胞具有适应不断变化的微环境的能力，从而呈现出不同的表型[13]。

受损的骨骼肌在损伤后1～2 d内能很快地募集到一群特定的能分化为巨噬细胞的单核细胞介导炎症反应。这些巨噬细胞在被募集后的1～3 d内能在原位发生表型的转变。因为这种转变发生在肌肉组织当中，所以损伤后第3天存在于再生的肌肉组织当中的抗炎巨噬细胞不是从血液中募集而来，而是从促炎巨噬细胞中转变而来。体外实验证实，这种表型的转化发生在巨噬细胞吞噬了凋亡或坏死的成肌细胞之后[15]。所以推测，在体内巨噬细胞从致炎到抗炎的转变是由于吞噬了凋亡或者坏死的肌纤维，这实际上就是巨噬细胞介导的从炎症反应向组织修复和愈合的转变[16]。最近研究证实，在心肌受损后单核细胞被募集到受损组织中，在这个过程中同样发生了巨噬细胞表型的转变，从致炎转变为抗炎[17]。

研究结果表明，损伤后骨骼肌再生的特点是巨噬细胞表型的转变。巨噬细胞在骨骼肌受损后很快浸润到肌组织中，并呈现为致炎巨噬细胞表型，即高表达肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白介素 1β（IL-1β），以及分泌白细胞蛋白酶抑制因子。对凋亡或坏死细胞裂解产物的吞噬使得巨噬细胞的表型从致炎转变为抗炎。抗炎巨噬细胞高表达TGF-β、IL-10和过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPAR-γ），而这些高表达的分子与终止炎症反应及组织修复有关，介导了组织的修复和愈合[15]。

3 巨噬细胞与骨骼肌损伤修复

在肌肉修复阶段，特异地清除肌肉组织内高表达F4/80（F4/80是单核/巨噬细胞分化的标志物）的巨噬细胞后，可导致再生的肌纤维直径缩小。提示这些抗炎巨噬细胞参与肌细胞的分化和/或肌纤维的生长[3]。

研究表明，巨噬细胞除调控炎症反应外，还具有直接调控细胞生物学行为的能力，包括影响组织内干/祖细胞增殖[18]，幼红细胞的增殖和成熟[19]，少突胶质细胞的分化和髓鞘的形成[20]等。体外实验显示，巨噬细胞活化后可能直接指导神经祖细胞向神经元或者胶质细胞的分化[21]。

通过研究巨噬细胞对人成肌细胞生物学行为的影响发现，巨噬细胞促进成肌细胞生长的作用呈量效依赖性[3，8，22]。在允许两种细胞接触的情况下，这种促进作用更有效。巨噬细胞促进成肌细胞生长的原因有两方面。首先，巨噬细胞分泌一些类似生长因子的促有丝分裂因子，这些因子对成肌细胞来说非常有效[7，23]。其次，细胞与细胞之间的直接接触，保护成肌细胞免于凋亡，在这种细胞接触状态下，4种分子系统参与其中，血管细胞黏附分子1-迟现抗原4、细胞内黏附分子1-白细胞功能相关分子1、血小板内皮细胞黏附分子1-血小板内皮细胞黏附分子1和CX3CL1-CX3CR1。肌管（成肌细胞分化的多核细胞）高表达这些系统，与未分化的成肌细胞相比，肌管结构使其免于凋亡。提示巨噬细胞在成肌细胞与周围的基质形成紧密连接前对其具有保护作用[15]。而成肌细胞移植过程中同时移植巨噬细胞，可明确促进成肌细胞的存活、增殖及迁移[24]。

进一步对处于不同活化状态的巨噬细胞的作用进行研究发现，巨噬细胞的功能与它的活化状态密切相关。在共培养实验中，致炎巨噬细胞刺激成肌细胞的增殖但抑制其分化。相反，通过对肌肉生成和成肌细胞融合的分析得出，抗炎巨噬细胞强有力地刺激着成肌细胞的分化[25]。充分表明，不同表型的巨噬细胞调控成肌细胞特定的生物学行为。体外肌肉发生过程主要分三步：成肌细胞分化，细胞迁移相互靠近以及细胞融合成多核结构。对巨噬细胞的条件培养基进行分析可知，这三步由不同的致炎和抗炎巨噬细胞调控。致炎巨噬细胞负向调控成肌细胞的分化和融合，却促进成肌细胞的迁移，这利于细胞融合。相反，培养抗炎巨噬细胞的上清液能强有力地刺激成肌细胞的分化和融合，表现为更多多核肌管的形成[26]。可能的原因是，不同活化状态的巨噬细胞释放的细胞因子影响了成肌细胞的生物学行为。比如，致炎巨噬细胞分泌的TNF-α能促进成肌细胞的有丝分裂，促进增殖但抑制其分化[27]。而抗炎巨噬细胞高表达的TGF-β1在体外的作用具有争议，但是在体内骨骼肌再生过程中，若中和TGF-β1，再生的肌纤维直径变小。除细胞因子外，环氧合酶2及其代谢物可能也发挥着重要的作用，能促进成肌细胞的融合，这对高质量的肌肉修复是必需的[28]。

4 结论与展望

在骨骼肌再生过程中，巨噬细胞的参与是必需的。骨骼肌受损后，成肌细胞与位于肌外膜/肌束膜上的固有巨噬细胞募集循环系统中巨噬细胞；浸润的巨噬细胞吞噬凋亡或坏死的肌纤维后，从致炎的表型转变为抗炎表型；抗炎巨噬细胞分泌的因子促进了成肌细胞的分化和融合，从而介导了骨骼肌的再生。这些结果提升了对巨噬细胞功能的认识，除了对细胞和寄生虫感染发挥防御功能之外，巨噬细胞在促进组织再生过程中也发挥着重要的作用。巨噬细胞有多种活化状态，表现出不同的细胞表型，每种表型缺乏特异的分子标志物，且其表型在组织再生过程中处于不断的动态变化过程中，这些使得对巨噬细胞进行准确的分类更加困难。所以，研究出不同表型巨噬细胞的分子标志物，结合流式细胞技术，将会更好地对巨噬细胞进行分类，并精确研究其功能及表型转化的机制，以期通过调控巨噬细胞的表型变化来促进骨骼肌的再生。

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