巨噬细胞极化调控机制及在创面愈合中的作用和作用机制研究进展

杨雅量，葛星月，李文武，唐乾利

右江民族医学院研究生院，广西 百色 533000

创面愈合是一个复杂的过程，是机体应对外来损伤因素进行自我保护的病理生理过程。内源性、外源性因素均可导致创面愈合困难，形成难愈合创面，其中糖尿病难愈合创面较为常见。数据显示2019 年全球糖尿病患病率为9.3%（4.63 亿人），约30%患者都存在糖尿病难愈合创面［1］。高发病率、高治疗费用和迁延不愈等特点，严重影响糖尿病难愈合创面患者的生活质量，因此，探索影响创面愈合的相关因素是当前研究重点［2］。巨噬细胞是机体内最重要的免疫细胞之一，在组织修复过程中发挥重要作用。当被不同因素诱导时，巨噬细胞的表型特征和功能将发生变化，极化成促炎型（M1 型）和抗炎型（M2 型）巨噬细胞［3］，称为巨噬细胞极化。多种转录因子和信号通路可介导巨噬细胞极化，而表型不同的巨噬细胞在创面愈合过程中发挥不同作用，其中M1 型巨噬细胞参与清除表面的坏死组织及病原体，加快机体炎症反应进程，M2 型巨噬细胞发挥抗炎作用，促进组织重塑和血管新生。因此，靶向调控巨噬细胞极化可能是日后创面修复研究的新方向。现将巨噬细胞极化的调控机制、在创面愈合中的作用及作用机制研究进展综述如下。

1 巨噬细胞极化的调控机制

巨噬细胞在不同环境因素刺激下可极化为功能不同的M1 型和M2 型，其中M1 型巨噬细胞是经典的活化型巨噬细胞，可诱导促炎性因子的产生，主要参与创面修复早期炎症阶段［4］；而M2型巨噬细胞是交替激活的巨噬细胞，发挥抗炎效应，能够促进组织修复和再上皮化［5］。因此调控创面M1/M2 巨噬细胞动态平衡对于创面愈合尤为关键。巨噬细胞表型极化调控机制复杂，涉及多种转录因子和信号通路。1.1 微小RNA（microRNA，miRNA）调控巨噬细胞极化 miRNA是约22个核苷酸组成的短链非编码RNA，在免疫和炎症反应中起关键作用。研究［6-7］发现，miR-21、miR-125a-3p、miR-146a、miR-147、miR-155、miR-214 和miR-451 促进M1 型巨噬细胞极化，而miR-let7c、miR-143-3p、miR-145-5p、miR-193、miR-222 和miR-223 能促进M2 型巨噬细胞极化。miRNA 通过靶向调控巨噬细胞极化也许可以作为一种新的治疗方法，加快难愈合创面的愈合。

1.2 长链非编码RNA（Long non-coding RNA，lncRNA）调控巨噬细胞极化 lncRNA 是一大类非蛋白质编码转录物，参与多种生理和病理过程，通过多种机制以正或负调节模式参与巨噬细胞的极化，调控机制复杂多样，其中长链非编码单核细胞RNA（Long non-coding monocytic RNA，Lnc-MC）通过抑制miR-199a-5p 和释放1B 型激活素A 受体（Activin receptor type 1B，ACVR1B）的表达来促进单核细胞的分化，增加巨噬细胞的数量［8］。CAO 等［9］发现，lncRNA-MM2P通过影响信号转导及转录激活蛋白6（Signal transducer and activator of transcription 6，STAT6）上的Y641 位点酪氨酸残基磷酸化以启动下游基因的转录，从而调控巨噬细胞中M2 基因的表达。而LncRNA PTPRE-AS1 通过靶向调节受体型酪氨酸蛋白磷酸酶E（Protein Tyrosine Phosphatase Receptor Type E，PTPRE）来抑制M2 型巨噬细胞极化［10］。

1.3 干扰素调节因子家族（Interferon regulatory factors，IRFs）调控巨噬细胞极化 IRFs 是在巨噬细胞中表达的转录因子家族，IRF 家族不同成员在巨噬细胞的极化中起着不同的关键作用。研究［11］发现IRF5 介导M1 巨噬细胞极化，而IRF4 介导M2 巨噬细胞极化［12］。此外，活化淋巴细胞来源的DNA（Activated lymphocytes derived DNA，ALD-DNA）诱导干扰素调节因子的二聚化和寡聚化，继而通过钙信号传导激活核因子κB（Nuclear factor kappa-B，NF-κB）和IRF3 信号因子，诱导M2巨噬细胞极化［13］。这些研究表明IRFs 也是巨噬细胞极化中重要的调控因子。

1.4 Notch 信号通路调控巨噬细胞极化 Notch 信号转导是一种细胞间通讯信号通路，现已发现四种Notch 受体（Notch1-4）。研究发现Notch1 和Notch3通过核转录因子-κB（Nuclear factor kappaB，NF-κB）转录途径促进M1 型巨噬细胞极化［14-15］。而LOPEZ等［16］发现Notch4 和其他Notch 受体相反，Notch4 抑制巨噬细胞中促炎细胞因子的表达。以上研究显示Notch 信号通路能够参与调控巨噬细胞极化和创面炎症反应。

1.5 丝裂原活化蛋白激酶（Mitogen-activated protein kinase，MAPK）信号通路调控巨噬细胞极化MAPK 信号通路参与调控多种细胞行为，例如增殖、分化、凋亡等［17］。dectin-1（C 型凝集素受体之一）与酵母聚糖结合后，激酶ERK1/2 和p38 被激活，并通过应激激活的蛋白激酶-1/2（Mitogen and stress-activated protein kinase 1/2，MSK1/2）诱导M2型巨噬细胞极化［18］。LIU 等［19］发现前颗粒体蛋白（Progranulin precursor，PGRN）通过MAPK 信号通路下调巨噬细胞M1 极化。这些研究结果表明MAPK 信号也是巨噬细胞极化的关键调节通路之一。

1.6 磷脂酰肌醇3 激酶（Phosphatidylinositol 3 kinase，PI3K）/蛋白激酶B（Protein kinase B，PKB/Akt）通路调控巨噬细胞极化 PI3K/Akt 通路不仅调节细胞的存活、迁移和增殖，而且还协调细胞对不同代谢和炎症信号的反应。在脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）刺激下创面发生炎症，巨噬细胞向M1型极化，而通过激活PI3K/Akt通路可刺激巨噬细胞从M1 到M2 型 极 化［20］。ZHAO 等［21］研究发现通过LY294002（PI3K 抑制剂）抑制PI3K/Akt 信号传导可导致M2 型巨噬细胞表达显著下降。这些研究表明PI3K/Akt通路可能主要参与调控M2 型巨噬细胞极化过程。

鉴于巨噬细胞功能的多样性、转录因子和信号通路传递的复杂性以及彼此交织形成的网络化联系，巨噬细胞的表型极化调控机制还存在许多不确定性，仍需进一步探索。

2 巨噬细胞在创面愈合中的作用及作用机制

创面中的巨噬细胞有两个主要来源：组织驻留细胞（也称常驻细胞）和来自循环系统的浸润细胞。组织驻留细胞是出生前已位于皮肤组织中的巨噬细胞，有两种：朗格汉斯细胞（Langerhans cell，LC）和真皮巨噬细胞。人体表皮层中主要是LC，起源于卵黄囊衍生的祖细胞和胎儿肝脏单核细胞，它们在出生前就被募集到表皮，在稳态条件下，LC 会自我更新，只有在炎症发生时血液单核细胞才会补充表皮LC群［22］；另一种是在真皮层，当损伤发生时，真皮层的巨噬细胞可以被迅速激活，发挥抗原吞噬效应［23］。创面巨噬细胞的另一来源是循环系统单核细胞浸润，在愈合阶段早期，组织驻留巨噬细胞会产生多种细胞因子和趋化因子来刺激炎症反应，为循环单核细胞浸润至受损组织提供关键信号，促使单核细胞分化成巨噬细胞并迁移至创面发挥多种功能［24］。有研究［25］发现在糖尿病患者创面中，损伤前皮肤中组织驻留巨噬细胞的数量与健康患者相比已经显著增加，过多的巨噬细胞造成创面持续的慢性炎症，这是糖尿病患者创面经久不愈的原因之一。因此，研究创面巨噬细胞的调控机制有助于我们在糖尿病难愈合创面的治疗上找到新突破口。

创面愈合是个复杂有序的生物学过程，大致可分为四个独立而重叠的阶段：止血、炎症、增殖和重塑阶段［26］。这些连续阶段的中断或缺陷即会导致创面不愈合或延迟愈合，其中巨噬细胞在多个愈合阶段都发挥重要作用。

2.1 巨噬细胞在炎症阶段中的作用及作用机制常驻和募集来源的巨噬细胞在创面愈合中均发挥重要作用。受伤后，常驻真皮巨噬细胞是最早的反应者，通过释放过氧化氢来诱导炎症反应，募集血液单核细胞。随后，募集的单核细胞在烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）氧化酶（NADPH oxidase1，NOX1）和NOX2 作用下进一步分化成巨噬细胞，参与炎症反应［27］。在创面愈合早期炎症阶段，巨噬细胞主要为M1炎症表型，通过识别细菌或真菌表面的病原体相关修饰蛋白（PAMP）形成吞噬溶酶体，并释放抗菌介质，如活性氧簇（Reactive oxygen species，ROS）和活性氮抵御病原体［28］。巨噬细胞还参与清除细胞碎片和凋亡的中性粒细胞，产生多种促炎细胞因子和趋化因子，以构筑防御屏障并刺激创面细胞（如成纤维细胞和角质形成细胞）的增殖［29］。

炎症阶段的精确编程启动和停止对于组织修复是至关重要的，在糖尿病难愈合创面中，正是由于巨噬细胞极化功能发生障碍，加之高血糖、晚期糖基化终产物堆积等因素影响，创面组织中功能异常的M1型巨噬细胞持续聚集，分泌炎症因子，导致创面慢性炎症状态，延缓创面愈合［30］。而创面愈合延迟会大大增加感染的风险，感染所导致的创面组织坏死则需要再进行清创处理，会进一步破坏创面周围血管床，进而恶化愈合过程，导致恶性循环。因此尽快消除炎症或缩短炎症阶段是打破这个恶性循环的关键，我们是否能够通过某种生物材料或药物传递靶向调控创面功能异常的M1型巨噬细胞向修复型M2极化，从而及时终止炎症阶段，加速创面修复，这有待研制开发。

2.2 巨噬细胞在增殖阶段中的作用及作用机制在创面愈合增殖阶段，经典激活的M1 表型逐渐向交替激活的M2 表型极化，这是从炎症阶段过渡到增殖阶段的标志性事件［31］。其中M2 型巨噬细胞可进一步细分为三种不同的表型（M2a、M2b 和M2c）。M2a 称为抗炎巨噬细胞，分泌抗炎细胞因子白介素10（interleukin 10，IL-10）、精氨酸酶-1（arginase-1，Arg-1）、血小板生长因子（Platelet derived growth factor，PDGF）、胰岛素样生长因子-1（insulin like growth factor，IGF-1）和表皮生长因子（Epidermal growth factor，EGF），有助于抑制炎症、促进血管生成和肉芽组织形成［32］。此外，M2a 还作为一种促纤维化表型，能够直接分泌纤维化相关蛋白，使创面胶原蛋白沉积［33］。而M2b 被认为是平衡抗炎和促炎功能的混合调节表型，既产生促炎细胞因子：肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、IL-6 和IL-1，也分泌抗炎细胞因子IL-10 以及低水平的IL-12，平衡创面炎症反应进程［34］。M2c 称为组织修复巨噬细胞，通过释放大量IL-10增强调节性T 细胞的功能，表现出强大的抗炎活性，还通过表达碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）、胎盘生长因子（Placental growth factor，Pgf）和IGF-1 调节内皮细胞迁移和管状结构形成，在血管生成中发挥重要作用［35］。

巨噬细胞的多种表型在增殖阶段参与了炎症抑制、再上皮化和血管新生，但在增殖阶段的后期，巨噬细胞还通过释放血小板反应素（Thrombospondin-1，TSP-1）使新生毛细血管消退，防止血管增生过度［36］。在血管的新生和消退方面，巨噬细胞的作用表面上看似矛盾，其实是由于所处愈合阶段的时间历程不同，所以需要从更微观的角度研究清楚当前创面愈合阶段的巨噬细胞可能的作用及调控机制，这将有助于我们更全面地了解巨噬细胞是如何协调和加快创面愈合。

2.3 巨噬细胞在重塑阶段和组织再生中的作用及作用机制 巨噬细胞在重塑期的功能主要是恢复组织的稳定和平衡。重塑阶段的巨噬细胞数量开始减少，因其长时间的激活会导致创面过度增生并最终导致纤维化［37］。基质金属蛋白酶（Matrix metalloproteinases，MMPs）是皮肤创面修复过程中参与细胞外基质（extracellular ma-trix，ECM）更新的主要蛋白水解酶，而巨噬细胞是MMP 的丰富来源，它们参与MMP-2、MMP-9 和MMP-12 的表达，介导ECM 重塑［38-39］。研究［40］表明，巨噬细胞还可以提高胶原蛋白交联能力和抑制肌成纤维细胞的凋亡、平衡MMP/TIMP水平来降低纤维化。巨噬细胞还与毛囊生长有关，毛囊周围的巨噬细胞通过Wnt 相关的细胞凋亡信号传导激活静息毛囊干细胞使其进入生长期［41］。在皮肤机械拉伸模型中，M2型巨噬细胞释放肝细胞生长因子（Hepatocyte growth factor，HGF）和IGF-1 以激活干细胞并促进毛囊再生［42］。WANG等［43］发现巨噬细胞还可通过TNF 激活AKT 信号传导从而促进毛发再生。

巨噬细胞在重塑阶段主要参与降解和重塑ECM、胶原沉积、减少纤维化以及促进皮肤毛囊再生，而皮肤相关的其他附属器（如汗腺和皮脂腺）的再生是否与局部巨噬细胞密切相关还未可知，我们是否可以基于巨噬细胞开发减少创面瘢痕形成的新疗法，还需进一步试验探索。

综上所述，巨噬细胞是调节创面修复的关键细胞之一，在创面愈合不同阶段可极化为功能不同的M1和M2型，发挥不同的愈合效应，其极化过程受多种因子及通路调控，彼此相互交叉，构成复杂的调控网络，通过动态调节M1/M2型巨噬细胞表型极化可加快创面愈合，因此选择性靶向诱导巨噬细胞表型极化进行促愈合治疗会是未来皮肤再生医学中有巨大潜力的治疗策略。然而，目前我们对创面巨噬细胞的功能及表型极化调控机制的理解仍然有限，创面中是否还存在更多的表型，是否另有其他调控巨噬细胞极化的信号因子尚未发现等诸多问题仍需进一步探索。