王倫平， 陳 蕊， 嚴金川， 劉培晶

（江蘇大學附屬醫(yī)院心血管內科，江蘇鎮(zhèn)江212001）

組織再生是指身體剩余的健康細胞增殖并替代受損丟失部分的過程[1]。實現(xiàn)組織再生對維持機體的正常結構和功能至關重要。不同組織的再生能力因物種、組織部位和生長發(fā)育的階段的不同存在著顯著的差異。譬如，非哺乳脊椎動物心臟損傷后具有高度再生能力，而成年哺乳動物心臟受損后再生能力有限[2]。再生能力受限的組織在損傷后多表現(xiàn)為纖維化瘢痕修復，但纖維化進展可導致組織的結構和功能障礙，進而繼發(fā)多種臨床疾病。干細胞移植是當前最重要的再生療法，但是具有干細胞存活率低、分化不成熟等缺陷，移植后易致心律失常、腫瘤發(fā)生等風險增加。實現(xiàn)組織再生是醫(yī)學領域亟待解決的一大難題[3]。巨噬細胞廣泛分布在全身組織中，是誘發(fā)機體炎癥免疫反應的一種關鍵細胞，主要包括胚胎卵黃囊來源的巨噬細胞（embryonic yolk sac-derived macrophages，YSDM）和骨髓源性單核細胞分化而成的巨噬細胞（macrophages derived from bone marrow-derived monocytes，BMDM）兩種[4-5]。生理條件下，人體組織中長期駐留的巨噬細胞主要來源于卵黃囊、胎肝和造血干細胞；組織損傷后，炎性單核細胞（巨噬細胞前體）在趨化因子和黏附分子引導下可從循環(huán)中募集至損傷部位并分化為巨噬細胞。巨噬細胞主要包括經典的M1 促炎型巨噬細胞和M2 抗炎型巨噬細胞（M2a、M2b、M2c 及M2d 四種亞型）。此外，巨噬細胞還可以分化為Mhem、M4、MOX及根據(jù)細胞表面標志物表達差異而定義的其他多種亞群。巨噬細胞具有高度可塑性，在不同刺激下可以分化為特定的表型[6-7]。既往研究多集中于對巨噬細胞通過誘發(fā)免疫反應促進組織損傷的表型、形態(tài)和機制的觀察和描述上。隨著再生醫(yī)學和現(xiàn)代分子生物學的逐步發(fā)展，近期研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細胞在促進心臟、肝臟、腎臟、肌肉、神經等不同組織再生中發(fā)揮重要作用。不同病理微環(huán)境下巨噬細胞通過分泌再生相關細胞因子、極化為不同表型甚至轉分化為其他細胞類型調控組織再生。不同損傷模型中巨噬細胞耗竭會引起相應組織器官再生受阻。為此，探索再生過程中的巨噬細胞的表型及作用機制有助于為組織再生障礙所致疾病開發(fā)新的治療策略。

1 巨噬細胞與心臟再生

眾所周知，成年哺乳動物的心臟再生能力有限，其心臟損傷后多表現(xiàn)為纖維化重塑，但是非哺乳脊椎動物和部分新生哺乳動物心臟損傷后具有明顯的再生能力。已觀察到新生小鼠、斑馬魚和蠑螈的受損心臟可以完全再生[8]。探索心臟再生過程中涉及的相關細胞和機制有助于為開發(fā)人類心臟再生能力提供理論基礎。研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細胞在心臟再生中發(fā)揮關鍵作用，它可以通過觸發(fā)炎癥免疫反應、促進血管新生、直接或間接調控細胞外基質蛋白合成等多種途徑促進心臟再生[9-11]。

炎癥反應已被諸多研究證實有助于心臟再生。巨噬細胞是參與心肌梗死后炎癥反應的一種主要細胞類型，其可以通過觸發(fā)炎癥反應調控心臟再生。受損心臟中巨噬細胞主要包括心臟胚胎源性駐留巨噬細胞和外周單核細胞分化而來的巨噬細胞。研究表明，新生小鼠在心臟受損后通過選擇性擴增心臟中的MHC-IIlowCCR2-駐留巨噬細胞產生微小的炎癥反應，誘導血管生成和心肌細胞增殖，促進心臟再生；而成年小鼠受損心臟主要招募MHC-IIhighCCR2+巨噬細胞，觸發(fā)持久的炎癥反應，導致心臟纖維化[12]。進一步研究發(fā)現(xiàn)，單核細胞趨化蛋白1（monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1）、MCP-3、趨化因子（C-X-C 基序）配體1[chemokine（C-X-C motif）ligand 1，CXCL1]、白細胞介素6（interleukin-6，IL-6）、IL-1β、腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等趨化因子和炎癥相關因子在MHCIIlowCCR2-駐留巨噬細胞中表達極低，而在MHC-IIhighCCR2+巨噬細胞中高表達。靶向微調巨噬細胞相關細胞因子的表達可能有助于受損心臟再生。此外，利用選擇性CC 趨化因子受體2（CC chemokine receptor 2，CCR2）抑制劑阻止成年小鼠受損心臟募集單核來源的CCR2+巨噬細胞，同時保留CCR2-駐留巨噬細胞，結果顯示心臟受損區(qū)域的炎癥減輕，冠狀動脈微血管生成密度增加[10]。這提示CCR2 抑制劑有望用于臨床心肌梗死的靶向治療。有趣的是，另一項研究發(fā)現(xiàn)心臟過表達CCL2（CCR2 的配體）誘導CCR2+單核巨噬細胞大量浸潤可以促進心臟血管生成，改善心肌梗死后左心室擴張和功能障礙[13]，提示CCR2+巨噬細胞可能在心臟損傷修復中發(fā)揮雙重作用，但其具體機制尚不明確。

巨噬細胞還可以通過調控心臟細胞外基質（extracellular matrix，ECM）的生成促進心臟再生。ECM可以為心肌細胞提供結構框架，同時參與生化信號和電信號傳遞[14]。此外，研究發(fā)現(xiàn)斑馬魚和蠑螈心室遭受冷凍損傷后形成特殊的ECM 膠原網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡允許活化增殖的心肌細胞遷移并參與受損心肌壁的修復，從而促進心臟再生[15]。Godwin 等[9]證實巨噬細胞可以通過活化成纖維細胞、調控ECM 而促進蠑螈心臟再生。當巨噬細胞耗竭后，受損心臟中的成纖維細胞數(shù)量顯著減少，且ECM 的合成、重塑及交聯(lián)等特征發(fā)生明顯改變，受損區(qū)域形成高度交聯(lián)的纖維化瘢痕，引起心臟再生受阻。最新研究發(fā)現(xiàn)巨噬細胞還可以通過轉分化為肌成纖維細胞樣細胞自主沉積膠原，促進斑馬魚受損心臟再生[11]。另外，對小鼠不同生長發(fā)育階段心臟受損后的巨噬細胞進行RNA-Seq 基因轉錄分析發(fā)現(xiàn)，新生小鼠和成年小鼠心肌損傷后，巨噬細胞調控ECM 相關基因的表達，以實現(xiàn)再生修復過渡到纖維化修復。以上研究結果證實巨噬細胞可以通過直接或間接調控ECM促進心臟再生[11]。值得注意的是，在人類缺血/再灌注損傷引起心肌細胞死亡中，早期ECM 的快速沉積有助于防止心臟破裂，但ECM 過度沉積則會引起心臟纖維化和心力衰竭。進一步明確巨噬細胞調控ECM 促進心臟再生或心臟纖維化的差異有助于為心臟再生治療提供新的治療思路。

2 巨噬細胞與肝臟再生

肝臟在遭受部分切除或毒素損傷后具有高度的再生能力[16]。肝臟再生過程中殘余部分實質細胞和非實質細胞通過復雜的相互作用發(fā)生增殖并替代丟失組織，從而實現(xiàn)肝臟再生[17]。庫普弗細胞和單核細胞來源的巨噬細胞約占肝臟細胞總量的20%，在肝臟再生中發(fā)揮重要作用[18-19]。

庫普弗細胞是肝臟的駐留巨噬細胞，位于肝細胞周圍肝竇腔中，可以通過旁分泌重要的生長調節(jié)介質誘導肝細胞增殖，在肝臟再生過程中發(fā)揮關鍵作用。研究表明，庫普弗細胞在肝臟部分切除術后72 h 達到增殖高峰[16]，它通過上調影響細胞周期的核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）及增殖性細胞因子TNF-α 和IL-6 的表達促進肝實質再生。接受肝臟部分切除的小鼠在耗竭庫普弗細胞后，肝組織中NF-κB 的活性喪失，同時血清中TNF-α 和IL-6 濃度下降，增殖標志物PCNA 和細胞周期特異性蛋白cyclin B1 表達下調，導致細胞增殖延緩，肝臟再生受阻[4，20]。單核來源的巨噬細胞是肝再生過程中的另一 個 關 鍵 角 色。Graubardt 等[21]的 研 究 表 明，由Ly6Chigh單核細胞分化而來的Ly6Clow巨噬細胞在撲熱息痛所致藥物性肝損傷中通過減少產生活性氧的中性粒細胞浸潤，加速炎癥消退，促進肝臟再生；在Ly6Clow巨噬細胞缺失的情況下，中性粒細胞大量聚集，產生活性氧，觸發(fā)嚴重的炎癥反應，從而導致肝損傷；同時，該研究發(fā)現(xiàn)選擇性消融Ly6Chigh單核細胞和Ly6Clow巨噬細胞后肝臟再生受損。

此外，一項針對藥物性急性肝損傷的最新研究發(fā)現(xiàn)，使用CCL5 抑制劑或CCL5 中和抗體誘導巨噬細胞從M1 表型向M2 表型極化可以促進肝實質再生，從而顯著減輕撲熱息痛引起的急性肝損傷[22]。這表明CCL5抑制劑和CCL5中和抗體有望用于藥物性肝損傷的臨床治療。同時，進一步明確肝臟損傷后促進巨噬細胞向M2 表型極化的相關機制可能為急性肝損傷的治療提供新的策略。另一項關于慢性肝損傷的研究發(fā)現(xiàn)，肝細胞死亡后巨噬細胞可以吞噬壞死細胞碎片使Wnt3a 表達上調，并進一步激活肝祖細胞（hepatic progenitor cells，HPC）中經典的Wnt 信號，誘導HPC 向肝細胞分化，促進慢性肝損傷的肝臟實質再生[23]。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)巨噬細胞可以通過Wnt3a 信號途徑上調Numb 表達，從而抑制Notch 信號，使HPC 向膽管細胞分化受阻。由此可見，巨噬細胞所涉及的不同信號通路之間的相互作用對于正確調控肝臟再生至關重要。

綜上所述，不同類型巨噬細胞在肝臟損傷后再生中發(fā)揮重要作用。促進巨噬細胞向M2 表型極化或選擇性誘導Wnt3a 表達為肝損傷治療提供了新的治療策略。另外，目前關于巨噬細胞促進肝臟再生的研究主要集中于單核細胞源性巨噬細胞或庫普弗細胞，但是巨噬細胞具有高度異質性，是否存在其他細胞轉分化為巨噬細胞并促進肝臟再生尚無文獻報道。

3 巨噬細胞與腎臟再生

腎臟細胞在遭受缺血/再灌注損傷或毒性損傷后仍具有一定的恢復能力，這依賴于腎小管上皮細胞根據(jù)損傷性質和部位再生[24]。巨噬細胞是浸潤受損腎臟的一種主要細胞類型[24]，在腎臟再生中發(fā)揮重要作用。明確巨噬細胞調控腎臟再生的相關機制，有助于為治療急慢性腎損傷提供新的治療手段。

巨噬細胞可以通過觸發(fā)Wnt 信號驅動腎臟再生。腎臟損傷后，巨噬細胞中Wnt 的配體Wnt7b 顯著上調，通過激活Wnt 通路使腎小管上皮細胞克服G2細胞周期阻滯，引導細胞進展、基底膜修復和腎小管再生，促進腎臟修復再生。而巨噬細胞消融后，腎上皮細胞中經典的Wnt 信號通路反應明顯減低，腎臟修復和再生能力下降。研究發(fā)現(xiàn)，當巨噬細胞中Wnt7b缺失后，腎小管上皮細胞的正常再生受阻，血漿肌酐值無法恢復正常，腎臟修復能力減弱，而在注射Wnt 通路激動劑Dkk2 后腎臟修復能力顯著增強[25]。目前Wnt7b+巨噬細胞調控腎臟再生的具體機制及其是否參與調控其他組織器官再生尚待進一步研究。靶向上調巨噬細胞中Wnt7b 可能為促進人類組織器官損傷修復提供新的治療模式。

巨噬細胞還可以通過分泌脂質運載蛋白2（lipocalin-2，Lcn-2）促進小鼠腎臟損傷后腎小管上皮細胞再生[24]。腎小管損傷后，凋亡細胞分泌的鞘氨醇-1-磷酸（sphingosine-1-phosphate，S1P）促進巨噬細胞產生并分泌大量Lcn-2，后者可結合并轉運鐵至上皮細胞中，促進腎臟上皮細胞增殖，誘導腎小管再生[26]；通過小鼠尾靜脈注射過表達Lcn-2的巨噬細胞可以促進腎小管上皮細胞增殖，而該過程能被Lcn-2中和抗體所阻斷[27]。此外，Rota等[28]發(fā)現(xiàn)，人骨髓間充質干細胞通過歸巢到腎臟介導巨噬細胞向M2抗炎表型極化，進而促進缺血/再灌注損傷后的腎臟再生。這些研究表明，促進巨噬細胞向M2表型極化或調控巨噬細胞Lcn-2的表達可能有助于阻止或延緩急性腎損傷。

總之，巨噬細胞可以通過不同途徑在腎臟再生中發(fā)揮重要作用。目前關于巨噬細胞調控腎臟再生的文獻報道較少，進一步研究巨噬細胞誘導腎臟再生的相關機制可能對急慢性腎損傷及其相關并發(fā)癥的治療有所啟迪。

4 巨噬細胞與周圍神經再生

周圍神經系統(tǒng)（peripheral nervous system，PNS）在遭受損傷后，其軸突再生和再髓鞘化能力受限[29-30]。因此，目前臨床上多采用縫合重建技術促進受損周圍神經修復，然而由于縫合線無法完全密閉神經導致重要物質漏出，且對操作者技術要求極高，最終受損部位形成纖維化瘢痕，難以恢復正常功能，因而臨床預后差[31]。探索周圍神經再生過程中涉及的相關機制有助于為神經損傷開發(fā)新的再生療法。周圍神經橫切損傷后，遠端神經軸突與胞體分離，遠端軸突通過沃勒變性發(fā)生快速退化，隨后髓鞘卵狀體崩解產生大量髓鞘碎片，神經元胞體中再生相關基因表達上調以促進近端軸突再生，最后再髓鞘化以完成神經再生；該過程中沃勒變性延遲、髓鞘壞死碎片清除緩慢或不足會抑制軸突再生[32-33]。巨噬細胞可以通過清除髓鞘碎片、分泌生長因子、誘導血管新生等促進軸突再生和再髓鞘化，在周圍神經再生過程中發(fā)揮重要作用。明確巨噬細胞促進周圍神經再生的相關機制可以為靶向巨噬細胞治療受損神經提供新的治療方略。

周圍神經損傷后，巨噬細胞大量募集至損傷區(qū)域，通過多種途徑促進周圍神經再生。Forese等[29]發(fā)現(xiàn)前列腺素D2 合成酶（L-prostaglandin D2 synthase，L-PGDS）可以通過非細胞自主機制使巨噬細胞獲取合適的吞噬能力以清除髓鞘碎片，利于軸突再生和髓鞘再形成。同時巨噬細胞還可通過調節(jié)施萬細胞的吞噬能力而清除碎片，促進軸突再生。最近，有研究表明巨噬細胞可以通過誘導新生血管產生而促進周圍神經再生。受損周圍神經再生過程中兩神經殘端實現(xiàn)重新連接必需具備一種神經橋組織，隨后由施萬細胞集體遷移，引導再生軸突過橋，從而促進PNS 再生。巨噬細胞響應缺氧環(huán)境而分泌血管內皮生長因子A（vascular endothelial growth factor-A，VEGF-A），通過誘導橋區(qū)產生一種特殊的極化新生血管而緩解缺氧，施萬細胞則在該血管的引導下集體定向遷移并介導再生軸突過橋。擾亂巨噬細胞誘導的新生血管組織，會導致細胞定向錯誤而整體遷移周圍組織中，再生軸突過橋失敗，阻礙正常的神經修復[34]。此外，巨噬細胞通過向M2表型極化促進Ⅵ型膠原蛋白分泌而調控周圍神經再生，Ⅵ型膠原蛋白進一步正反饋誘導巨噬細胞極化，從而促進神經再生。進一步在動物模型研究中發(fā)現(xiàn)，與對照組小鼠相比，Col6a1-/-小鼠Ⅵ型膠原的組裝和分泌受阻，導致M2極化受阻，周圍神經損傷后再生延遲。而移植野生型骨髓細胞后周圍神經再生活力恢復[35]。另有研究發(fā)現(xiàn)，氧化半乳糖凝集素1 可以促進巨噬細胞分泌促軸突生長因子和促施萬細胞遷移因子，促進軸突再生和施萬細胞遷移[36]。

綜上所述，巨噬細胞在周圍神經再生中發(fā)揮多種功能。目前巨噬細胞促進周圍神經再生的具體機制尚不完全明確，相關研究仍有待開展。促進巨噬細胞募集并適時向M2極化偏斜、增強巨噬細胞吞噬能力、正確誘導極化血管化可能為治療外周神經受損相關疾病提供新的治療思路。

5 巨噬細胞與骨骼肌再生

骨骼肌受損后具有顯著的再生能力[37]，其再生能力主要依賴于衛(wèi)星細胞（satellite cells）的增殖和分化。激活的衛(wèi)星細胞一部分轉化為成肌細胞，后者通過遷移、彼此接觸和融合形成肌管，新形成的肌管生長并化為成熟的肌纖維，實現(xiàn)骨骼肌再生。巨噬細胞是參與骨骼肌損傷后觸發(fā)炎癥免疫反應的一種關鍵細胞，可以通過活化衛(wèi)星細胞、促進血管新生等多種途徑促進骨骼肌再生[38]。

眾多研究表明，M2型抗炎巨噬細胞可以通過多種方式促進骨骼肌再生。Jiang等[38]發(fā)現(xiàn)，大麻素2型受體（cannabinoid receptor subtype 2，CB2R）介導巨噬細胞向M2表型極化有利于小鼠骨骼肌再生；敲除CB2R后，M2 型極化受阻，肌源性調節(jié)因子MyoD 和myogenin 表達下調，衛(wèi)星細胞活化減少，這將導致新生的中央核肌管的數(shù)量顯著降低，并且再生肌纖維體積顯著縮小，導致壞死性肌纖維和炎性細胞浸潤顯著增加。Zhang 等[39]的研究顯示，內皮細胞在缺血期間通過糖酵解產物啟動乳酸鹽穿梭，使巨噬細胞向M2 型極化并分泌大量VEGF，強化血管生成正反饋回路，提高血管生成密度，促進肌肉血運重建，誘導骨骼肌的肌源性祖細胞（myogenic progenitor cells）增殖和分化，從而促使肌肉再生。McArthur等[40]的研究表明，骨骼肌損傷后巨噬細胞通過上調膜聯(lián)蛋白A1（annexin A1）表達激活FPR2/ALX 受體和下游腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）信號，促進巨噬細胞向M2 型極化偏斜，抑制炎癥反應，促進肌肉再生。Iavarone 等[41]發(fā)現(xiàn)，骨骼肌損傷后CD206（M2標志物）陽性巨噬細胞中Cripto表達上調并部分抑制內皮細胞向間充質細胞轉化（endothelial-mesenchymal transition，EndMT）促進血管重塑，提升肌肉再生潛力。髓系細胞的Cripto基因消融后，CD206+細胞數(shù)目減少，EndMT明顯增加，進而干擾血管重塑，肌肉再生能力顯著下降。此外，研究發(fā)現(xiàn)間充質干細胞和細胞外基質也可通過調控巨噬細胞向M2型極化而促進肌肉再生[42]。

以上研究結果為M2型巨噬細胞促進骨骼肌再生提供了充分的理論依據(jù)。適時調控巨噬細胞向M2型極化可能為肌肉再生治療帶來更高的臨床收益。此外，有部分研究表明，骨骼肌損傷后巨噬細胞可以通過上調過氧化物酶體增殖物激活受體γ（peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ）[43]、機械生長因子（mechano growth factor，MGF）[44]、ADAMST1（a disintegrin-like and metalloproteinase with thrombospondin type 1 motif）[45]、胰島素樣生長因子11（insulin-like growth factor-11，IGF-11）[46]等的表達促進骨骼肌再生，但具體作用途徑尚為完全闡明。

6 結語與展望

巨噬細胞是由經典的M1型和M2型為主的多個亞群組成的免疫細胞，在人體組織中廣泛分布，通過表型轉換能有效適應微環(huán)境的變化。巨噬細胞激活后可分泌多種趨化因子、炎癥介質及生長因子，通過調控ECM 合成、促進血管重塑及血管新生、調節(jié)鄰近細胞增殖分化而參與心臟、肝臟、腎臟、肌肉、神經等組織的再生。目前眾多研究結果表明，巨噬細胞具有促進組織損傷和再生的雙重作用，其具體作用取決于參與反應的細胞類型及環(huán)境因素。受損組織中M1 型巨噬細胞可分泌大量的促炎因子參與炎癥反應，其持續(xù)反應可加重組織損傷；巨噬細胞由M1型向M2型極化往往有助于控制炎癥反應，增強細胞的吞噬能力，促使血管新生和重塑，促進各種組織再生。其他類型巨噬細胞在不同組織再生中發(fā)揮的作用是否一致尚待進一步深入研究。

組織再生是一個由多細胞、多因素共同參與的復雜動態(tài)調控過程。巨噬細胞在炎癥免疫反應及組織再生中扮演不可或缺的關鍵角色。巨噬細胞具有高度異質性、可塑性和功能多樣性。不同起源的巨噬細胞可以根據(jù)病理生理微環(huán)境的不同調整自身表型、形態(tài)和功能，參與組織損傷和促進受損組織再生。巨噬細胞在損傷組織中的動態(tài)變化呈現(xiàn)出不同的表型，但目前缺乏特異性的分子標志物對各表型的巨噬細胞加以準確分類。譜系示蹤、細胞過繼轉移研究及RNA-Seq 轉錄分析等新技術有助于進一步闡明再生相關巨噬細胞的具體表型及其涉及的相關作用機制，以揭示組織器官再生的本質規(guī)律，為人類開辟新的再生療法提供理論基礎。