巨噬细胞极化分型与创伤修复的研究进展

张少波,温春虹,何 杰综述，张鸣青审校

0 引 言

创伤修复是一个复杂的过程，首先是血小板驱动止血，导致富含纤维蛋白/纤连蛋白的临时细胞外基质的沉积，以及伤口边缘上皮的活化以覆盖封闭裸露的组织。伤口上皮以及白细胞，附近的内皮细胞、成纤维细胞和周细胞，会作为早期应答前哨，释放多种趋化因子和细胞因子，这些趋化因子和细胞因子会驱使嗜中性粒细胞和巨噬细胞清除病原体，白细胞和上皮细胞衍生因子把成纤维细胞激活分化为肌成纤维细胞和临时细胞外基质。随后，巨噬细胞表型转换和募集的特异性免疫细胞，如T细胞，一起起作用，抑制在炎症早期的许多活化反应和清除多余的瘢痕细胞外基质(extracellular matrix，ECM)[1]。创伤修复过程中，巨噬细胞的吞噬作用、细胞因子和生长因子的分泌以及基质重塑等方面发挥着重要的作用。了解巨噬细胞在创伤修复中的作用是开展创伤修复愈合相关基础与临床应用研究的基础与关键。既往对创伤修复的认识主要来自于病理学和组织学，近些年来我们对其分子生物学和细胞生物学的认识也不断深化，对巨噬细胞在创伤修复作用的认识也不断丰富。本文将巨噬细胞的极化分型在创伤修复中对细胞外基质形成的影响及在血管组织新生与重塑中的作用等方面的研究作一综述。

1 巨噬细胞的极化与其分泌的细胞因子

巨噬细胞是高度塑性的细胞。在环境和分子介质的基础上，这些细胞可分化为促炎的I型巨噬细胞(M1)或抗炎的II型巨噬细胞(M2)表型，并转分化成其他细胞类型。在组织修复早期阶段，活化的M1巨噬细胞分泌活性氧和炎性细胞因子如白细胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)，IL-6和肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-alpha,TNF-α)，产生高水平的诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)。这些细胞负责杀伤微生物，清除碎片以及促进炎症和Th1反应。而在修复过程后期，M2巨噬细胞被免疫调节和抗炎因子(如IL-4，IL-10)刺激。活化的M2巨噬细胞表达IL-10、Fizz1、高水平的清道夫和甘露糖受体，并产生精氨酸酶代替iNOS，随后产生鸟氨酸和多胺，可降低炎症反应，利于细胞增殖和组织修复[2-3]。

1.1M1型巨噬细胞与其分泌的细胞因子M1型细胞可分泌包括IL-6、TNF-α、iNOS等多种细胞因子。IL-6可促进单核细胞向巨噬细胞分化，并抑制单核细胞向树突状细胞合成，IL-6信号传导是选择性巨噬细胞激活的重要决定因素，并赋予IL-6意想不到的稳态作用以限制炎症从而促进炎症反应的发生[4-6]。TNF-α作为最重要的促炎细胞因子[7]，可参与血管扩张和水肿形成，参与白细胞通过黏附分子的表达与上皮细胞黏附的过程，参与调节凝血，还能造成炎症部位的氧化应激，从而间接引起炎症[8]。炎性因子能激活iNOS产生一氧化氮，而一氧化氮在刺激血管生成、参与机体防御等方面具有重要作用[9-10]。

1.2M2型巨噬细胞与其分泌的细胞因子M2型细胞可分泌包括IL-10、TGF-β、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)等多种细胞因子。IL-10是一种多效细胞因子，能够通过抑制抗原提呈细胞(antigen presenting cell，APC)功能来抑制T细胞活化、抑制树突状细胞和巨噬细胞中的TLR信号传导、抑制单核细胞和巨噬细胞中的γ-干扰素(Interferon-γ,IFN-γ)信号传导、刺激E3连接酶March-1在单核细胞/巨噬细胞中的表达等多种机制抑制免疫应答，其在特定激活阶段在不同的APC亚组中起不同的作用，从而限制炎症反应[11]。TGF-β可以驱动促炎症或抗炎反应，这取决于呈递给细胞的TGF-β的量和存在于细胞内和局部细胞外的因子与TGF-β接触的时间[12]。VEGF通过减少活化的NF-κB，降低IRF-1表达，抑制STAT1激活和活化STAT3，有效地阻断ISRE和NF-κb驱动促进剂的转录激活来抑制TNF-α诱导的趋化因子的表达，从而抑制NF-κB通路以限制炎症信号[13]。

2 巨噬细胞分型与新生血管的形成

血管形成过程包括纤维细胞的增殖迁移，细胞外基质成分的积聚和纤维组织的重建。M1巨噬细胞出现在伤口愈合的早期阶段(1～3 d)，后被M2巨噬细胞(4～7 d)替代，而M2a和M2c巨噬细胞在这个过程中的表达没有明显区别。M1型巨噬细胞分泌的因子，包括VEGF，启动了血管生成的过程。M1分泌的TNF-α，IL1-β和VEGF可通过诱导内皮细胞表型促进血管发芽，TNF能刺激纤维母细胞的增殖，其可结合TNFR2，诱导内皮细胞在炎症的早期阶段促血管生成功能，IL1-β可调动VEGF依赖性内皮细胞中CD34-/B220-CD3-Flk1+的表达及上调内皮细胞中VEGF, VEGFR-2和黏附分子的表达来间接促进新生血管的形成，VEGF可为纤维母细胞和血管内皮细胞长入提供临时基质，可通过上调内皮细胞生长与存活而在初级血管网络形成中起关键作用[14-16]。M2a巨噬细胞分泌的因子，尤其是PDGF-BB，参与了血管生成接下去的阶段，通过尚未识别的分泌因子促进血管融合，产生金属蛋白酶组织抑制剂3(tissue inhibitors of metalloproteinases 3，TIMP3)来调节M1巨噬细胞的作用，分泌PDGF-BB募集周细胞这3个方面来促进新生血管的形成。M2c巨噬细胞则通过高表达量的基质金属蛋白酶9(matrix metalloprotein 9，MMP9)参与血管的重塑[17-19]。

3 巨噬细胞分型与成纤维细胞增殖和胶原生成

巨噬细胞和成纤维细胞是组织修复和纤维化的2大主要参与者。纤维化是一种瘢痕形成过程，其特征是由于成纤维细胞和肌成纤维细胞的积累，增殖和活化，胶原和非胶原ECM的过度沉积。

3.1巨噬细胞分泌MMP与组织修复巨噬细胞是参与组织重塑和纤维化不可或缺的效应细胞，既是几种类型MMP(MMP-1，-7，-8，-9和-12)的主要来源又是TIMPs的主要来源[20]。MMP和TIMP的适当平衡是ECM正常沉积和降解的关键。由巨噬细胞释放的MMP不仅通过ECM和非基质底物的蛋白水解来介导信号传导，还扩大了炎症反应并影响组织重塑的进展。Ploeger等[21]发现不同的MMP在受到来自M1巨噬细胞的旁分泌因子的成纤维细胞中高度上调。由M1刺激后分泌的MMPs通过吸引更多的促炎细胞以及成纤维细胞的促炎状态可能延长伤口愈合中的炎症状态。

3.2巨噬细胞分泌TGF-β与组织修复除MMPs外，巨噬细胞也可产生TGF-β。TGF-β诱导ECM基因的表达，并抑制能够降解ECM的MMPs基因的活性[22-23]。TGF-β不仅能诱导促纤维化基因的表达，TGF-β还可通过丝裂原活化蛋白激酶，促进胶原蛋白合成[24]。此外，有研究已经表明TGF-β对成纤维细胞分化成肌成纤维细胞的直接影响[25]。

4 巨噬细胞与基质重塑

在伤口修复中，认为M2巨噬细胞负责逆转炎症反应，从而启动愈合过程。Ploeger等[21]发现具有炎症表型的成纤维细胞(由M1巨噬细胞的分泌因子刺激引发)可以逆转为具有M2巨噬细胞或非CM分泌因子的抗炎表型。在这些成纤维细胞中，先前上调的促炎细胞因子，趋化因子和MMP在来自M2巨噬细胞信号刺激后表达下调。因此，虽然M2巨噬细胞的旁分泌因子对未刺激的成纤维细胞的影响相对较小，但它们可以对具有炎症表型的成纤维细胞起作用。

5 结 语

巨噬细胞的极化分型后在创伤愈合的各个过程起着重要的作用，其分泌的各类因子既能促进血管新生、白细胞聚集、上皮细胞黏附等进程，从而促进炎症反应又能促进成纤维细胞和胶原形成加快组织修复，还能促进基质重塑，避免修复过度。M1型和M2型巨噬细胞在不同的时期在促炎与抗炎方面通过分泌各种细胞因子及相互影响发挥作用。

交替活化的巨噬细胞分泌抗炎介质，促进组织修复。目前极化靶向治疗仍处于初级阶段，我们已经知道，微环境可以影响巨噬细胞的起源及分化，故探索揭示巨噬细胞极化转化的机制，通过靶向信号通路和局部微环境中的分子变化将巨噬细胞转化为适当的表型来调节炎性反应的起始、发展和结束，找出炎症性疾病治疗的方向与措施将是未来科学研究的一个热点。目前阻碍这些研究的困难主要有下面几个问题，首先，炎症性疾病期间区分巨噬细胞表型的细胞标志物尚不明确，仍需要进一步的研究证实；其次，在科研工作中不易获得人体新鲜的巨噬细胞，目前的研究多为细胞系研究；最后，小鼠与人体在炎症反应期间巨噬细胞表达也存在着显著的差异。如何解决这些困难，通过巨噬细胞表型变化，更好地在促炎与抗炎之间取得平衡，对促进创伤愈合及防止过度炎性反应有着重要的意义，也将是今后科学研究的热点，这个问题也因与临床一些疾病息息相关具有重大的前景与研究意义。