程建紅，洪莉，洪莎莎，湯劍明

(武漢大學(xué)人民醫(yī)院婦產(chǎn)科，武漢 430060)

骨骼肌損傷最常見于交通事故和運(yùn)動(dòng)損傷中，骨骼肌是機(jī)體最具再生能力的組織之一，在骨骼肌受到損傷(牽拉、撕裂、鈍挫等)后數(shù)月，其形態(tài)和功能可在一定程度上恢復(fù)至正常。骨骼肌驚人的再生能力主要依賴于骨骼肌干細(xì)胞，即肌衛(wèi)星細(xì)胞的修復(fù)能力[1]。骨骼肌受到損傷時(shí)，處于靜止?fàn)顟B(tài)的肌衛(wèi)星細(xì)胞激活并增殖形成成肌細(xì)胞，成肌細(xì)胞相互融合分化為多核肌管，肌管新生或與幸存的組織相互融合形成肌纖維，完成骨骼肌損傷后的再生過程。骨骼肌受到損傷立即觸發(fā)高度協(xié)調(diào)的再生過程，構(gòu)成由免疫細(xì)胞、炎癥細(xì)胞以及調(diào)節(jié)肌衛(wèi)星細(xì)胞增殖和分化的細(xì)胞因子等組成的復(fù)雜交織的“衛(wèi)星細(xì)胞龕”?？梢?，骨骼肌損傷后的再生過程需要不同細(xì)胞群之間的協(xié)調(diào)作用[2]，其中巨噬細(xì)胞在骨骼肌損傷再生過程中發(fā)揮不可或缺的作用，是骨骼肌損傷再生中不同生物學(xué)過程的關(guān)鍵調(diào)節(jié)者，參與炎癥、骨骼肌再生、組織重構(gòu)和血管生成等過程[3-6]。骨骼肌損傷性疾病一直是全球主要的公共衛(wèi)生問題，缺乏真正有效的治療策略，骨骼肌損傷后的再生研究領(lǐng)域受到廣大科研工作者的廣泛關(guān)注?，F(xiàn)對(duì)骨骼肌損傷再生過程中巨噬細(xì)胞的潛在功能以及巨噬細(xì)胞與其他細(xì)胞間的相互作用予以綜述，以期為骨骼肌損傷后再生過程以及骨骼肌損傷性疾病的研究和治療提供參考。

1 骨骼肌中巨噬細(xì)胞的概述

1.1骨骼肌損傷再生中巨噬細(xì)胞的來源 巨噬細(xì)胞參與骨骼肌損傷后的再生過程，其來源主要有兩種，一種是長(zhǎng)期存在于骨骼肌中的固有巨噬細(xì)胞，終生靜息存留在健康骨骼肌內(nèi)，在骨骼肌發(fā)生病損時(shí)發(fā)揮作用[7]；另一種是骨骼肌損傷后來源于骨髓的浸潤(rùn)巨噬細(xì)胞，在骨骼肌病變時(shí)侵入骨骼肌。骨骼肌固有巨噬細(xì)胞源自胚胎期的卵黃囊，成年后定植于骨骼肌中，可通過原位增殖進(jìn)行自我更新補(bǔ)充[8]。從外周循環(huán)招募的浸潤(rùn)巨噬細(xì)胞由造血干細(xì)胞經(jīng)由單核細(xì)胞分化形成。與浸潤(rùn)巨噬細(xì)胞不同，骨骼肌固有巨噬細(xì)胞不具有吞噬能力[9]。骨骼肌固有巨噬細(xì)胞被認(rèn)為是一種“哨兵”，容易被骨骼肌損傷時(shí)分泌的損傷相關(guān)分子模式激活，具有促進(jìn)其他炎癥細(xì)胞募集的功能。目前，盡管固有巨噬細(xì)胞的起源和組織特異性功能已在許多其他組織中得到廣泛研究，但它們?cè)诠趋兰≈械奶卣魃胁幻鞔_，其在骨骼肌損傷再生中的潛在作用需要進(jìn)一步研究。

1.2骨骼肌損傷部位巨噬細(xì)胞的募集及對(duì)炎癥反應(yīng)的調(diào)節(jié) 巨噬細(xì)胞是骨髓和外周淋巴組織中的主要髓系細(xì)胞，在骨骼肌損傷后炎癥初期，從外周循環(huán)募集至損傷部位成為骨骼肌中的炎癥性巨噬細(xì)胞。首先，源自骨髓活化的單核細(xì)胞黏附在血管內(nèi)壁上，滾動(dòng)并遷移至損傷部位，在損傷部位進(jìn)一步分化發(fā)育成巨噬細(xì)胞。單核細(xì)胞根據(jù)不同的滲出機(jī)制和Ly6C蛋白表達(dá)水平，可分化成兩種不同功能狀態(tài)的巨噬細(xì)胞亞群，即Ly6Chi巨噬細(xì)胞亞群和Ly6Clo巨噬細(xì)胞亞群[10-11]。通過CC趨化因子受體2招募的Ly6Chi巨噬細(xì)胞在炎癥早期率先募集，表現(xiàn)為促炎特性。而依賴于CX3C趨化因子受體1招募的Ly6Clo巨噬細(xì)胞則較晚出現(xiàn)，表現(xiàn)出抗炎特性。

骨骼肌損傷后24 h內(nèi)，外周循環(huán)中的Ly6Chi巨噬細(xì)胞侵入骨骼肌損傷部位，其數(shù)量顯著增加，并持續(xù)增加至傷后2 d。骨骼肌損傷后第2天開始，Ly6Chi巨噬細(xì)胞數(shù)量開始減少，Ly6Clo巨噬細(xì)胞開始聚集，隨后幾乎所有的LyC6hi巨噬細(xì)胞都被Ly6Clo巨噬細(xì)胞取代，Ly6Clo巨噬細(xì)胞數(shù)一般在傷后4 d時(shí)達(dá)到最高峰，并在數(shù)天內(nèi)維持在較高水平[11]。Ly6Clo巨噬細(xì)胞參與骨骼肌再生的后期階段，即新肌纖維的形成和生長(zhǎng)、組織重構(gòu)、血管生成等[12]。一旦肌纖維再生結(jié)束且恢復(fù)至穩(wěn)態(tài)，巨噬細(xì)胞數(shù)量降至正常水平。與此同時(shí)，巨噬細(xì)胞停止分泌促炎因子或抗炎因子，轉(zhuǎn)為一種向內(nèi)穩(wěn)態(tài)回歸的沉默模式[3]。Arnold等[11]發(fā)現(xiàn)，在骨骼肌再生的初始階段，阻斷單核細(xì)胞進(jìn)入骨骼肌損傷部位可減輕炎癥反應(yīng)，但同時(shí)會(huì)延遲且減少Ly6Chi巨噬細(xì)胞的募集，進(jìn)而阻礙Ly6Clo巨噬細(xì)胞的正常募集和作用發(fā)揮，最終導(dǎo)致肌肉無效再生。由此可見，Ly6Clo和Ly6Chi巨噬細(xì)胞在骨骼肌損傷再生過程中有效和有序的募集是骨骼肌損傷后再生的關(guān)鍵，兩者缺一不可。因此，過度的抑制炎癥不利于骨骼肌的再生。

骨骼肌損傷后首先發(fā)生炎癥反應(yīng)，巨噬細(xì)胞參與骨骼肌損傷后炎癥反應(yīng)的全過程，即炎癥的發(fā)生、發(fā)展和消退是協(xié)調(diào)炎癥細(xì)胞聚集和發(fā)揮功能的關(guān)鍵細(xì)胞。炎癥開始時(shí)，定植于骨骼肌中的固有巨噬細(xì)胞被激活分泌中性粒細(xì)胞趨化因子1、單核細(xì)胞趨化因子1促進(jìn)中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞的募集[6]。同時(shí)，黏附于血管內(nèi)皮細(xì)胞上的巡邏單核細(xì)胞在骨骼肌損傷后1 h內(nèi)迅速到達(dá)骨骼肌損傷部位，分泌大量的腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)，促進(jìn)中性粒細(xì)胞的募集[13]，此外，巡邏單核細(xì)胞還可通過與中性粒細(xì)胞直接物理接觸延長(zhǎng)中性粒細(xì)胞在損傷部位的停留時(shí)間，使中性粒細(xì)胞充分發(fā)揮吞噬作用，清除骨骼肌壞死組織碎片以及釋放促炎癥因子擴(kuò)大炎癥反應(yīng)[14]。

骨骼肌損傷后中性粒細(xì)胞在2 h內(nèi)迅速到達(dá)損傷部位，數(shù)量迅速增加，傷后6～24 h達(dá)到最高峰，然后數(shù)量急劇下降。中性粒細(xì)胞到達(dá)損傷部位后通過吞噬作用釋放活性氧類、蛋白酶，刺激宿主啟動(dòng)防御功能并清除病變壞死組織細(xì)胞碎片[15]。因此，在骨骼肌再生過程中，缺失中性粒細(xì)胞會(huì)導(dǎo)致壞死組織持續(xù)存在，進(jìn)而造成骨骼肌再生延遲[16]。此外，中性粒細(xì)胞通過分泌巨噬細(xì)胞炎癥因子1和單核細(xì)胞趨化因子1刺激炎癥發(fā)展，并通過上述細(xì)胞因子招募外周循環(huán)中的單核細(xì)胞至骨骼肌受損部位[17]。隨后，Ly6hi巨噬細(xì)胞大量滲入骨骼肌受損部位，并通過分泌促炎因子[如TNF-α和白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-6]進(jìn)一步促進(jìn)中性粒細(xì)胞和單核細(xì)胞的募集[17-18]，這種促炎環(huán)境在損傷后48 h左右達(dá)到高峰；此后，Ly6lo巨噬細(xì)胞成為再生骨骼肌中的主要巨噬細(xì)胞亞群抑制炎癥的發(fā)展。

骨骼肌損傷后第5天炎癥進(jìn)入消退階段，炎癥消退不是由促炎信號(hào)減少引起的被動(dòng)過程，而是多種細(xì)胞和細(xì)胞因子參與的主動(dòng)過程[19]。Ly6lo巨噬細(xì)胞分泌大量的抗炎因子，如IL-4、IL-13，積極促進(jìn)炎癥的消退。除可以減少促炎信號(hào)和活性氧類的產(chǎn)生外，上述細(xì)胞因子還可以阻止中性粒細(xì)胞的募集，促進(jìn)中性粒細(xì)胞的凋亡以及巨噬細(xì)胞的非炎性吞噬[19]。總之，巨噬細(xì)胞始終在炎癥發(fā)生、發(fā)展、消退中起著核心作用。

2 巨噬細(xì)胞調(diào)控肌衛(wèi)星細(xì)胞的再生能力

巨噬細(xì)胞在骨骼肌再生過程中參與調(diào)節(jié)肌衛(wèi)星細(xì)胞的增殖和分化。Saclier等[20]體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，巨噬細(xì)胞的條件培養(yǎng)基在體外可觸發(fā)成肌細(xì)胞增殖，在體內(nèi)可促進(jìn)骨骼肌再生。此外，Juhas等[21]對(duì)體外構(gòu)建的3D骨骼肌模型的研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞是組織損傷后修復(fù)所必需的，巨噬細(xì)胞具有刺激骨骼肌再生的重要作用。Arnold等[11]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Ly6hi巨噬細(xì)胞通過釋放促炎細(xì)胞因子促進(jìn)成肌細(xì)胞增殖，進(jìn)而抑制其分化，Ly6lo巨噬細(xì)胞釋放的抗炎細(xì)胞因子抑制成肌細(xì)胞增殖而刺激其分化和融合。目前，調(diào)控肌衛(wèi)星細(xì)胞功能的旁分泌因子的具體成分尚未明確，然而，巨噬細(xì)胞分泌的部分細(xì)胞因子參與了調(diào)控肌衛(wèi)星細(xì)胞的功能。如Ly6hi巨噬細(xì)胞高表達(dá)的細(xì)胞因子——IL-6[22]、TNF-α[23]和前列腺素E2[24]均刺激肌衛(wèi)星細(xì)胞的增殖。且Ly6hi巨噬細(xì)胞分泌的去整合素樣金屬蛋白酶可減少Notch信號(hào)通路，從而促進(jìn)肌衛(wèi)星細(xì)胞激活和骨骼肌再生[25]。另一方面，Ly6lo巨噬細(xì)胞高表達(dá)的IL-4[26]和胰島素樣生長(zhǎng)因子1[27]可刺激成肌細(xì)胞分化、融合和肌纖維生長(zhǎng)。

綜上所述，在肌肉損傷的早期階段，浸潤(rùn)的Ly6hi巨噬細(xì)胞在肌衛(wèi)星細(xì)胞增殖中起重要作用，而Ly6lo巨噬細(xì)胞在肌衛(wèi)星細(xì)胞的分化中起重要作用。骨骼肌損傷后再生過程中，由于不同的巨噬細(xì)胞亞群對(duì)肌衛(wèi)星細(xì)胞的作用不同，Ly6hi和Ly6lo巨噬細(xì)胞在時(shí)間和空間上緊密協(xié)調(diào)，在骨骼肌損傷后再生中具有重要價(jià)值。

3 巨噬細(xì)胞調(diào)節(jié)骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞龕相關(guān)成分

骨骼肌干細(xì)胞(即肌衛(wèi)星細(xì)胞)處于特殊微環(huán)境中，這種特殊微環(huán)境通常被稱為“衛(wèi)星細(xì)胞龕”。除調(diào)節(jié)肌衛(wèi)星細(xì)胞增殖和分化的作用外，巨噬細(xì)胞還參與衛(wèi)星細(xì)胞龕相關(guān)成分的調(diào)節(jié)。其中，巨噬細(xì)胞通過調(diào)控纖維/脂肪形成祖細(xì)胞(fibro/adipogenic progenitors，F(xiàn)APs)的功能調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)的產(chǎn)生，通過調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞的功能調(diào)節(jié)血管的新生，進(jìn)而促進(jìn)骨骼肌損傷后的修復(fù)。

3.1巨噬細(xì)胞調(diào)節(jié)骨骼肌損傷后細(xì)胞外基質(zhì)重構(gòu) 除肌衛(wèi)星細(xì)胞外，F(xiàn)APs也參與了骨骼肌損傷后的再生，并對(duì)骨骼肌再生起至關(guān)重要的作用。在骨骼肌損傷后有規(guī)律的再生過程中，F(xiàn)APs細(xì)胞數(shù)量在早期(1～3 d)增加，在晚期(4～7 d)減少。損傷后FAPs的增加對(duì)于細(xì)胞外基質(zhì)成分的產(chǎn)生至關(guān)重要，細(xì)胞外基質(zhì)成分是穩(wěn)定組織所必需的，可作為新纖維的支架被肌衛(wèi)星細(xì)胞用作基膜，以維持肌纖維的類似排列。當(dāng)骨骼肌損傷時(shí)，F(xiàn)APs可促進(jìn)肌衛(wèi)星細(xì)胞的激活和分化，而肌衛(wèi)星細(xì)胞抑制FAPs向脂肪細(xì)胞的分化[28-29]。Lemos等[5]研究證實(shí)，Ly6hi巨噬細(xì)胞通過分泌TNF-α直接刺激FAPs的凋亡來調(diào)控FAPs的聚集。此外，Cordani等[30]體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Ly6hi巨噬細(xì)胞分泌的一氧化氮抑制FAPs向脂肪細(xì)胞分化；而體內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其可減少骨骼肌內(nèi)脂肪和結(jié)締組織的沉積。在骨骼肌再生過程中，Ly6lo巨噬細(xì)胞可高表達(dá)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β，轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β可阻斷TNF-α誘導(dǎo)的FAPs凋亡，并誘導(dǎo)FAPs沿纖維化譜系分化。因此，Ly6lo巨噬細(xì)胞分泌的轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β是FAPs在促炎反應(yīng)后生存所必需的，這對(duì)骨骼肌愈合后期的組織重塑非常重要。Ploeger等[31]通過將成纖維細(xì)胞與不同亞群巨噬細(xì)胞共培養(yǎng)證實(shí)，Ly6lo巨噬細(xì)胞可促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖和膠原合成，而Ly6hi巨噬細(xì)胞則通過分泌降解細(xì)胞外基質(zhì)的酶，如基質(zhì)金屬蛋白酶1和基質(zhì)金屬蛋白酶2減少膠原合成。

在骨骼肌損傷后的再生過程中，Ly6hi巨噬細(xì)胞和Ly6lo巨噬細(xì)胞之間的平衡和時(shí)間依賴性調(diào)控能通過FAPs調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)的合成，在肌衛(wèi)星細(xì)胞增殖和分化、新生肌纖維發(fā)生、骨骼肌正常修復(fù)中發(fā)揮作用。

3.2巨噬細(xì)胞調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞功能 骨骼肌損傷后，血管細(xì)胞與肌衛(wèi)星細(xì)胞通過相互作用促進(jìn)血管新生，對(duì)骨骼肌損傷后恢復(fù)非常重要。內(nèi)皮細(xì)胞通過分泌多種生長(zhǎng)因子(如胰島素樣生長(zhǎng)因子1、肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子、血小板源性生長(zhǎng)因子和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子)參與調(diào)控肌衛(wèi)星細(xì)胞的生長(zhǎng)，分化后的成肌細(xì)胞可反向刺激血管生成[32]。Birbrai等[33]發(fā)現(xiàn)，與毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞毗鄰的周細(xì)胞亦具有刺激成肌細(xì)胞增殖的能力。

巨噬細(xì)胞具有調(diào)節(jié)血管新生的作用。Heil等[34]發(fā)現(xiàn)，CC趨化因子受體2缺陷小鼠中浸潤(rùn)的單核細(xì)胞的缺失損害了缺血后肢動(dòng)脈側(cè)支的形成，但不同亞群巨噬細(xì)胞在血管形成中的作用仍存在爭(zhēng)議。腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞是抗炎巨噬細(xì)胞的一個(gè)獨(dú)特亞群，其具有明確的促血管生成作用[35]。然而，不同巨噬細(xì)胞亞群在非腫瘤形成環(huán)境中的作用不同。Zajac等[36]體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，抗炎巨噬細(xì)胞促進(jìn)新生血管形成的作用較促炎巨噬細(xì)胞更強(qiáng)。Spiller等[37]的體外模型顯示，內(nèi)毒素和γ干擾素誘導(dǎo)刺激的促炎巨噬細(xì)胞促進(jìn)血管出芽的長(zhǎng)度和數(shù)量高于由IL-4和IL-13誘導(dǎo)刺激的抗炎M2a巨噬細(xì)胞，但低于由IL-10誘導(dǎo)刺激的抗炎M2c巨噬細(xì)胞。隨后，Latroche等[38]將內(nèi)皮細(xì)胞、成肌細(xì)胞和IL-4或IL-10誘導(dǎo)刺激的巨噬細(xì)胞體外共培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，抗炎巨噬細(xì)胞可通過分泌抑瘤素M調(diào)控血管新生和骨骼肌再生?？傮w而言，巨噬細(xì)胞在骨骼肌損傷后血管新生的調(diào)節(jié)中起重要作用；然而，不同巨噬細(xì)胞亞群的具體作用還需進(jìn)一步研究的明確。

4 小 結(jié)

骨骼肌損傷后的驚人再生能力主要依賴于骨骼肌干細(xì)胞——肌衛(wèi)星細(xì)胞，肌衛(wèi)星細(xì)胞是骨骼肌損傷后再生過程中發(fā)揮作用的主要細(xì)胞，但仍需要其他細(xì)胞的協(xié)同作用，特別是巨噬細(xì)胞。骨骼肌損傷時(shí)，Ly6hi巨噬細(xì)胞通過放大炎癥信號(hào)、吞噬組織碎片、產(chǎn)生細(xì)胞因子激活肌衛(wèi)星細(xì)胞并促進(jìn)其增殖。與Ly6hi巨噬細(xì)胞不同，Ly6lo巨噬細(xì)胞通過減弱炎癥反應(yīng)促進(jìn)成肌細(xì)胞分化、融合和骨骼肌再生。此外，巨噬細(xì)胞還參與骨骼肌干細(xì)胞龕相關(guān)成分的調(diào)節(jié)，如通過調(diào)控FAPs功能調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)的產(chǎn)生，或通過調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞的功能誘導(dǎo)調(diào)節(jié)骨骼肌損傷后血管新生?，F(xiàn)已證實(shí)，巨噬細(xì)胞在損傷骨骼肌中對(duì)肌衛(wèi)星細(xì)胞和“衛(wèi)星細(xì)胞龕”具有調(diào)節(jié)作用,但如何更好地利用巨噬細(xì)胞對(duì)肌衛(wèi)星細(xì)胞及其細(xì)胞龕進(jìn)行有效調(diào)控，使其在骨骼肌損傷再生過程中發(fā)揮最佳作用，還有待進(jìn)一步研究探索。因此，進(jìn)一步深入系統(tǒng)地研究巨噬細(xì)胞在骨骼肌損傷再生過程中的調(diào)控機(jī)制，將為探索出以調(diào)控巨噬細(xì)胞促進(jìn)骨骼肌損傷再生為重要方向的治療方法提供新的思路和靶點(diǎn)，可能成為今后研究的熱點(diǎn)之一。