巨噬細胞極化分型與創(chuàng)傷修復的研究進展

張少波,溫春虹,何 杰綜述，張鳴青審校

0 引 言

創(chuàng)傷修復是一個復雜的過程，首先是血小板驅(qū)動止血，導致富含纖維蛋白/纖連蛋白的臨時細胞外基質(zhì)的沉積，以及傷口邊緣上皮的活化以覆蓋封閉裸露的組織。傷口上皮以及白細胞，附近的內(nèi)皮細胞、成纖維細胞和周細胞，會作為早期應答前哨，釋放多種趨化因子和細胞因子，這些趨化因子和細胞因子會驅(qū)使嗜中性粒細胞和巨噬細胞清除病原體，白細胞和上皮細胞衍生因子把成纖維細胞激活分化為肌成纖維細胞和臨時細胞外基質(zhì)。隨后，巨噬細胞表型轉(zhuǎn)換和募集的特異性免疫細胞，如T細胞，一起起作用，抑制在炎癥早期的許多活化反應和清除多余的瘢痕細胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)[1]。創(chuàng)傷修復過程中，巨噬細胞的吞噬作用、細胞因子和生長因子的分泌以及基質(zhì)重塑等方面發(fā)揮著重要的作用。了解巨噬細胞在創(chuàng)傷修復中的作用是開展創(chuàng)傷修復愈合相關基礎與臨床應用研究的基礎與關鍵。既往對創(chuàng)傷修復的認識主要來自于病理學和組織學，近些年來我們對其分子生物學和細胞生物學的認識也不斷深化，對巨噬細胞在創(chuàng)傷修復作用的認識也不斷豐富。本文將巨噬細胞的極化分型在創(chuàng)傷修復中對細胞外基質(zhì)形成的影響及在血管組織新生與重塑中的作用等方面的研究作一綜述。

1 巨噬細胞的極化與其分泌的細胞因子

巨噬細胞是高度塑性的細胞。在環(huán)境和分子介質(zhì)的基礎上，這些細胞可分化為促炎的I型巨噬細胞(M1)或抗炎的II型巨噬細胞(M2)表型，并轉(zhuǎn)分化成其他細胞類型。在組織修復早期階段，活化的M1巨噬細胞分泌活性氧和炎性細胞因子如白細胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)，IL-6和腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-alpha,TNF-α)，產(chǎn)生高水平的誘導型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)。這些細胞負責殺傷微生物，清除碎片以及促進炎癥和Th1反應。而在修復過程后期，M2巨噬細胞被免疫調(diào)節(jié)和抗炎因子(如IL-4，IL-10)刺激。活化的M2巨噬細胞表達IL-10、Fizz1、高水平的清道夫和甘露糖受體，并產(chǎn)生精氨酸酶代替iNOS，隨后產(chǎn)生鳥氨酸和多胺，可降低炎癥反應，利于細胞增殖和組織修復[2-3]。

1.1M1型巨噬細胞與其分泌的細胞因子M1型細胞可分泌包括IL-6、TNF-α、iNOS等多種細胞因子。IL-6可促進單核細胞向巨噬細胞分化，并抑制單核細胞向樹突狀細胞合成，IL-6信號傳導是選擇性巨噬細胞激活的重要決定因素，并賦予IL-6意想不到的穩(wěn)態(tài)作用以限制炎癥從而促進炎癥反應的發(fā)生[4-6]。TNF-α作為最重要的促炎細胞因子[7]，可參與血管擴張和水腫形成，參與白細胞通過黏附分子的表達與上皮細胞黏附的過程，參與調(diào)節(jié)凝血，還能造成炎癥部位的氧化應激，從而間接引起炎癥[8]。炎性因子能激活iNOS產(chǎn)生一氧化氮，而一氧化氮在刺激血管生成、參與機體防御等方面具有重要作用[9-10]。

1.2M2型巨噬細胞與其分泌的細胞因子M2型細胞可分泌包括IL-10、TGF-β、血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)等多種細胞因子。IL-10是一種多效細胞因子，能夠通過抑制抗原提呈細胞(antigen presenting cell，APC)功能來抑制T細胞活化、抑制樹突狀細胞和巨噬細胞中的TLR信號傳導、抑制單核細胞和巨噬細胞中的γ-干擾素(Interferon-γ,IFN-γ)信號傳導、刺激E3連接酶March-1在單核細胞/巨噬細胞中的表達等多種機制抑制免疫應答，其在特定激活階段在不同的APC亞組中起不同的作用，從而限制炎癥反應[11]。TGF-β可以驅(qū)動促炎癥或抗炎反應，這取決于呈遞給細胞的TGF-β的量和存在于細胞內(nèi)和局部細胞外的因子與TGF-β接觸的時間[12]。VEGF通過減少活化的NF-κB，降低IRF-1表達，抑制STAT1激活和活化STAT3，有效地阻斷ISRE和NF-κb驅(qū)動促進劑的轉(zhuǎn)錄激活來抑制TNF-α誘導的趨化因子的表達，從而抑制NF-κB通路以限制炎癥信號[13]。

2 巨噬細胞分型與新生血管的形成

血管形成過程包括纖維細胞的增殖遷移，細胞外基質(zhì)成分的積聚和纖維組織的重建。M1巨噬細胞出現(xiàn)在傷口愈合的早期階段(1～3 d)，后被M2巨噬細胞(4～7 d)替代，而M2a和M2c巨噬細胞在這個過程中的表達沒有明顯區(qū)別。M1型巨噬細胞分泌的因子，包括VEGF，啟動了血管生成的過程。M1分泌的TNF-α，IL1-β和VEGF可通過誘導內(nèi)皮細胞表型促進血管發(fā)芽，TNF能刺激纖維母細胞的增殖，其可結(jié)合TNFR2，誘導內(nèi)皮細胞在炎癥的早期階段促血管生成功能，IL1-β可調(diào)動VEGF依賴性內(nèi)皮細胞中CD34-/B220-CD3-Flk1+的表達及上調(diào)內(nèi)皮細胞中VEGF, VEGFR-2和黏附分子的表達來間接促進新生血管的形成，VEGF可為纖維母細胞和血管內(nèi)皮細胞長入提供臨時基質(zhì)，可通過上調(diào)內(nèi)皮細胞生長與存活而在初級血管網(wǎng)絡形成中起關鍵作用[14-16]。M2a巨噬細胞分泌的因子，尤其是PDGF-BB，參與了血管生成接下去的階段，通過尚未識別的分泌因子促進血管融合，產(chǎn)生金屬蛋白酶組織抑制劑3(tissue inhibitors of metalloproteinases 3，TIMP3)來調(diào)節(jié)M1巨噬細胞的作用，分泌PDGF-BB募集周細胞這3個方面來促進新生血管的形成。M2c巨噬細胞則通過高表達量的基質(zhì)金屬蛋白酶9(matrix metalloprotein 9，MMP9)參與血管的重塑[17-19]。

3 巨噬細胞分型與成纖維細胞增殖和膠原生成

巨噬細胞和成纖維細胞是組織修復和纖維化的2大主要參與者。纖維化是一種瘢痕形成過程，其特征是由于成纖維細胞和肌成纖維細胞的積累，增殖和活化，膠原和非膠原ECM的過度沉積。

3.1巨噬細胞分泌MMP與組織修復巨噬細胞是參與組織重塑和纖維化不可或缺的效應細胞，既是幾種類型MMP(MMP-1，-7，-8，-9和-12)的主要來源又是TIMPs的主要來源[20]。MMP和TIMP的適當平衡是ECM正常沉積和降解的關鍵。由巨噬細胞釋放的MMP不僅通過ECM和非基質(zhì)底物的蛋白水解來介導信號傳導，還擴大了炎癥反應并影響組織重塑的進展。Ploeger等[21]發(fā)現(xiàn)不同的MMP在受到來自M1巨噬細胞的旁分泌因子的成纖維細胞中高度上調(diào)。由M1刺激后分泌的MMPs通過吸引更多的促炎細胞以及成纖維細胞的促炎狀態(tài)可能延長傷口愈合中的炎癥狀態(tài)。

3.2巨噬細胞分泌TGF-β與組織修復除MMPs外，巨噬細胞也可產(chǎn)生TGF-β。TGF-β誘導ECM基因的表達，并抑制能夠降解ECM的MMPs基因的活性[22-23]。TGF-β不僅能誘導促纖維化基因的表達，TGF-β還可通過絲裂原活化蛋白激酶，促進膠原蛋白合成[24]。此外，有研究已經(jīng)表明TGF-β對成纖維細胞分化成肌成纖維細胞的直接影響[25]。

4 巨噬細胞與基質(zhì)重塑

在傷口修復中，認為M2巨噬細胞負責逆轉(zhuǎn)炎癥反應，從而啟動愈合過程。Ploeger等[21]發(fā)現(xiàn)具有炎癥表型的成纖維細胞(由M1巨噬細胞的分泌因子刺激引發(fā))可以逆轉(zhuǎn)為具有M2巨噬細胞或非CM分泌因子的抗炎表型。在這些成纖維細胞中，先前上調(diào)的促炎細胞因子，趨化因子和MMP在來自M2巨噬細胞信號刺激后表達下調(diào)。因此，雖然M2巨噬細胞的旁分泌因子對未刺激的成纖維細胞的影響相對較小，但它們可以對具有炎癥表型的成纖維細胞起作用。

5 結(jié) 語

巨噬細胞的極化分型后在創(chuàng)傷愈合的各個過程起著重要的作用，其分泌的各類因子既能促進血管新生、白細胞聚集、上皮細胞黏附等進程，從而促進炎癥反應又能促進成纖維細胞和膠原形成加快組織修復，還能促進基質(zhì)重塑，避免修復過度。M1型和M2型巨噬細胞在不同的時期在促炎與抗炎方面通過分泌各種細胞因子及相互影響發(fā)揮作用。

交替活化的巨噬細胞分泌抗炎介質(zhì)，促進組織修復。目前極化靶向治療仍處于初級階段，我們已經(jīng)知道，微環(huán)境可以影響巨噬細胞的起源及分化，故探索揭示巨噬細胞極化轉(zhuǎn)化的機制，通過靶向信號通路和局部微環(huán)境中的分子變化將巨噬細胞轉(zhuǎn)化為適當?shù)谋硇蛠碚{(diào)節(jié)炎性反應的起始、發(fā)展和結(jié)束，找出炎癥性疾病治療的方向與措施將是未來科學研究的一個熱點。目前阻礙這些研究的困難主要有下面幾個問題，首先，炎癥性疾病期間區(qū)分巨噬細胞表型的細胞標志物尚不明確，仍需要進一步的研究證實；其次，在科研工作中不易獲得人體新鮮的巨噬細胞，目前的研究多為細胞系研究；最后，小鼠與人體在炎癥反應期間巨噬細胞表達也存在著顯著的差異。如何解決這些困難，通過巨噬細胞表型變化，更好地在促炎與抗炎之間取得平衡，對促進創(chuàng)傷愈合及防止過度炎性反應有著重要的意義，也將是今后科學研究的熱點，這個問題也因與臨床一些疾病息息相關具有重大的前景與研究意義。