朱陽等

【摘要】巨噬細胞和異物巨細胞是在植入醫(yī)學(xué)材料，假體，或生物材料后的異物炎癥及愈合的末段反應(yīng)。此綜述是集中在調(diào)整巨噬細胞及異物巨細胞在合成材料表面的相互反應(yīng)的因素上，合成材料表面的物理化學(xué)和形態(tài)因素在調(diào)節(jié)細胞行為中起一定作用。這些異物反應(yīng)過程中的行為包括，蛋白質(zhì)的吸附，巨噬細胞和單核細胞的聚集和巨噬細胞融合成多核巨細胞，作為對生物材料的異物反應(yīng)及在巨噬細胞/異物巨細胞和炎癥/愈合細胞間的轉(zhuǎn)交的結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】骨；異物反應(yīng)；生物材料

【中圖分類號】R318.08【文獻標識碼】A【文章編號】1004-4949（2013）08-259-02

生物材料的表面性質(zhì)在對植入后的1、2、4周內(nèi)的異物反應(yīng)起到很重要的調(diào)節(jié)作用。由于異物反應(yīng)可能影響植入體的生物相容性，另外很大程度的影響植入體的組織工程結(jié)構(gòu)包括蛋白質(zhì)、細胞以及其他與組織工程和再生醫(yī)學(xué)相關(guān)的生物部件。

1 巨噬細胞的募集

生物材料處的炎癥反應(yīng)和異物反應(yīng)需要單核細胞/巨噬細胞的滲出和遷移植入。在組織和生物材料之間有炎性細胞的募集，炎癥早期階段多形核中性粒細胞，后期為單個核細胞^[1]。這個過程在骨組織中也相似，為了到達骨缺損處的炎癥部位，免疫細胞需要通過包括血管內(nèi)皮細胞等多種障礙。這種細胞遷移已知是由蛋白酶促進的^[2]。巨噬細胞通過趨化因子和化學(xué)引誘物趨向植入處。在血-材料反應(yīng)之后，血小板和血凝塊釋放趨化物，導(dǎo)致巨噬細胞趨向創(chuàng)傷部位。另外，巨細胞脫粒和組胺釋放，也使巨噬細胞向植入處的集聚。巨噬細胞的集聚導(dǎo)致了后期的趨化標志物的增多，引導(dǎo)更多巨噬細胞集中在傷處。

Rhodes et al展示了在圍繞聚乙烯植入物周圍滲出的巨噬細胞中表達CCL2^[3]。CCL2和CCL5，CCL3，CCL4，CCL7，8，13是吸引巨噬細胞單核細胞的趨化因子，Kosuke Mizutani et al的研究表明CCL2可以誘導(dǎo)巨噬細胞向破骨細胞分化^[2]。這些因子向材料-組織之間的界面吸引更多的巨噬細胞。

2 巨噬細胞融合

巨噬細胞在集聚之后會通過整合素調(diào)節(jié)偽足相互靠近，相互融合成為異物巨細胞。但導(dǎo)致巨噬細胞融合的確切的分子機制尚未完全闡明?，F(xiàn)有研究顯示多種細胞因子發(fā)揮作用；而且巨噬細胞融合在材料表面是有材料依賴性的。IL-4是在融合過程中需要的誘導(dǎo)因子，依賴整合素β1受體引導(dǎo)融合，整合素β2參與單核細胞最初的粘附過程。IL-4和IL-13都通過定位在融合界面的受體增加在融合巨噬細胞上的甘露糖受體。甘露糖受體抑制劑的應(yīng)用使巨噬細胞融合被阻止或降低，顯示這種受體在異物巨細胞形成是必須的。甘露糖受體在巨噬細胞和樹突細胞表達并介導(dǎo)內(nèi)吞作用和吞噬作用。CD44和CD47均能高度誘導(dǎo)巨噬細胞融合，促進融合和多核化。樹突狀細胞特異性跨膜蛋白（DC-STAMP）在異物巨細胞形態(tài)時的融合是必要的。在缺乏DC-STAMP的老鼠中不存在巨噬細胞融合。Kyriakides et al表示在無CCL-2的老鼠的植入物表面異物巨細胞反應(yīng)降低。在體外去除CCL-2同樣降低異物巨細胞反應(yīng)，進一步證實了CCL2是巨噬細胞融合的一個主要部分^[4]。其他炎癥介質(zhì)同樣影響融合。

除去細胞因子的作用，材料表面的巨噬細胞融合必須有合適的吸附蛋白質(zhì)的排列，這樣粘附細胞才能具有融合成異物巨細胞所需要的表型。因此，導(dǎo)致異物巨細胞反應(yīng)主要有兩個主要條件：合適的引導(dǎo)融合的刺激物和有適合吸附蛋白吸附的材料的表面性質(zhì)。

3 異物反應(yīng)引起骨微環(huán)境改變

巨噬細胞集聚的結(jié)果就是巨噬細胞和異物巨細胞在生物材料表面的粘附使細胞膜和生物材料表面之間產(chǎn)生一個特別的微環(huán)境。Henson et al等描述在這個微環(huán)境中，吞噬作用，巨噬細胞和異物巨細胞可以在細胞膜和生物材料間的區(qū)域釋放降解性介質(zhì)如ROIs（活性氧中間產(chǎn)物）、降解酶、酸，以致這些介質(zhì)被緩沖或抑制作的用減少^[2]。而且巨噬細胞中的吞噬溶酶體具有PH4的酸性^[4]，一定程度上使新骨形成受到阻礙。

Frédéric Velard et al等也闡述HA顆粒對PMNs的影響激發(fā)了積極地炎癥反饋。HA顆?？梢栽黾覲MNs的細胞因子和趨化因子例如IL-1a和IL-8^[5]。IL-8通過與PMNs上的特異2型受體結(jié)合介導(dǎo)MMP-9的分泌。另外，這個受體通路導(dǎo)致NF-kB激活，并產(chǎn)生幾種對骨內(nèi)穩(wěn)態(tài)有害的介質(zhì)，引起了破骨細胞活化導(dǎo)致了骨質(zhì)溶解，最終結(jié)果為植入失敗。HA碎片的吞噬是多種細胞因子釋放的刺激因素，引起破骨細胞活化的介質(zhì)大多數(shù)由這些吞噬了材料的巨噬細胞合成^[3]。

4 淋巴細胞/巨噬細胞相互反應(yīng)

異物反應(yīng)是一種機體排除外來物體的反應(yīng)，主要由單核巨噬細胞系統(tǒng)完成，既可以通過吞噬作用吞噬異物，又能通過抗原呈遞作用引起特異性免疫反應(yīng)。同時，特異性免疫反應(yīng)還對異物反應(yīng)有促進作用?？梢哉f，在生物材料植入骨缺損后，淋巴細胞和巨噬細胞的相互作用是復(fù)雜而多變的。

有研究顯示在淋巴細胞體外培養(yǎng)時，淋巴細胞可以粘附于生物材料表面^[4]。而在淋巴細胞和巨噬細胞體外共培養(yǎng)時，淋巴細胞大多數(shù)吸附在巨噬細胞和異物巨細胞表面而非自己吸附于材料表面。淋巴細胞促進巨噬細胞粘附和融合，巨噬細胞反過來促進淋巴細胞增殖，這個過程已證實通過旁分泌方式調(diào)節(jié)^[3]。另外此過程不同程度上由材料表面的化學(xué)性質(zhì)影響。

淋巴細胞通過旁分泌和近分泌產(chǎn)生的炎癥因子都增強巨噬細胞和異物巨細胞活性。因此他們證明淋巴細胞和巨噬細胞直接和間接的反應(yīng)機制可能在炎癥、異物反應(yīng)和創(chuàng)傷愈合中很重要。然而這些現(xiàn)象的特定機制尚未知曉。吸附在材料表面的巨噬細胞和異物巨細胞對ECM的重塑和纖維化有調(diào)控作用，因而影響生物材料的效果。

但是在臨床應(yīng)用中，生物材料往往與細胞，蛋白質(zhì)和其他活性成分混合。一項最近的研究揭露向小鼠移植BMSCs會刺激T細胞反應(yīng)，抑制骨修復(fù)并通過分泌IFN-γ和TNF-a引起B(yǎng)MSCs脂肪化^[1]。另外，手術(shù)創(chuàng)傷也導(dǎo)致IFN-γ和TNF-a的分泌^[2]，我們可以認為移植的手術(shù)過程會募集T細胞，通過IFN-γ和TNF-a阻礙了骨形成。

我們致力于獲得對異物反應(yīng)的機制性理解，巨噬細胞怎樣影響對生物材料的炎癥反應(yīng)，而這些又如何由材料表面化學(xué)性質(zhì)調(diào)控的，從而修飾生物材料達到促進成骨的作用。

參考文獻

[1]Jones JA，Dadsetan M，Collier TO，et al.Macrophage behavior on surface modified polyurethanes[J].J Biomater Sci Polym Ed，2004，15（5）：567-584.

[2]Anderson JM，Rodrigueza A，Chang DT.Foreign body reaction to biomaterials[J].Semin Immunol，2008，20：86-100.

[3]Haas A.The phagosome：compartment with a license to kill[J].Traffic，2007，8（4）：311-330.

[4]Velard F，Brauxa J，Amedee J，et al.Inflammatory cells response to calcium phosphate biomaterial particles：An overview[J].Acta Biomater，2012，9（2）：4956-4963.

[5]Reichel CA，Rehberg M，Bihari P，et al.Gelatinases mediate neutrophil recruitment in vivo：evidence for stimulus specificity and a critical role in collagen IV remodeling[J].J Leukoc Biol，2008，83（4）：864-874.