巨噬细胞在炎症、修复和再生中的作用

摘要

组织损伤引发一系列复杂的细胞反应，从组织和细胞损伤激活的炎症开始，直至愈合。巨噬细胞通过清除细胞碎片、激活和解决炎症以及促进纤维化，在大多数（如果不是全部）损伤反应阶段发挥关键作用。最近对初始炎症和后期组织再生和修复机制的研究表明，巨噬细胞通过支持和激活干/祖细胞、清除受损组织、重塑细胞外基质以制备再生支架和促进血管生成，在一定程度上桥接了这些过程。然而，巨噬细胞在因溶解失败（如慢性炎症）和过度瘢痕形成而导致的病理发展中也起着重要作用。在这篇综述中，我们总结了巨噬细胞在炎症和愈合中的活动，以应对具有不同再生能力的组织的急性损伤。虽然巨噬细胞对这些组织中的组织损伤产生类似的反应，但它们的优先顺序和活动的后果在不同组织中不同。此外，损伤的程度、性质和持续时间也会极大地影响细胞反应和愈合过程。特别是，持续的损伤和/或炎症消退失败会导致慢性疾病，巨噬细胞活性可能会受到损害。

介绍

组织损伤后的愈合过程可大致分为再生和修复(图1) (1). 再生是指细胞和组织的增殖，以替换受损和丢失的结构。通过完全再生，丢失或受损的组织完全重建。相比之下，修复可能会恢复一些原始结构，但重建是不完整的，修复可能导致结构错位(1). 修复通常包括再生和疤痕形成。再生和瘢痕形成的相对贡献取决于组织的再生能力以及损伤的程度和性质(1). 在具有高再生能力的组织中，例如骨骼肌和肝脏，可以通过实质细胞（例如肌细胞和肝细胞）的再生获得组织的完整功能再生。这需要干细胞/祖细胞的分化和/或现有实质细胞的增殖以及基质的再生（例如通过血管生成的血管）。然而，在大多数组织中，完整组织无法完全恢复，导致瘢痕形成(2). 即使在具有高再生能力的组织中，例如皮肤，表面伤口通过上皮再生而愈合，严重的伤口也会通过疤痕形成而愈合(1). 在再生能力有限的组织中，如大脑和心脏，通过伤口闭合和纤维化瘢痕形成过程，以牺牲组织结构和功能为代价，迅速进行愈合(三,4). 伤害的程度和性质（例如，轻度与重度）对后果有很大影响。此外，持续的损伤和/或未能解决导致慢性炎症，这可能导致纤维化和组织功能障碍(图1).

通过以下章节中的概述可以明显看出，尽管构成组织的细胞存在差异，但损伤后的事件顺序在所有组织中都有很大程度的相似性。如果我们在一个典型的损伤模型中考虑皮肤伤口愈合，这个过程需要三个重叠但不同的阶段：（i）炎症，（ii）细胞增殖和新组织形成，以及（iii）重塑和成熟(1,2,5). 炎症阶段的特征是先天免疫系统激活，导致中性粒细胞早期流入，随后单核细胞可能分化为巨噬细胞。巨噬细胞和其他免疫细胞不仅清除碎片和对抗微生物，还协调细胞过程，启动新组织形成的后续阶段，这将发生在损伤后2-10天。在组织形成阶段，由细胞外基质（ECM）和新生血管生成的新生血管组成的肉芽组织充满伤口空间。薄壁细胞和基质细胞的增殖和分化可以恢复组织的完整性。最后一个阶段，即重塑和成熟，在受伤后2至3周开始，如果组织再生不完全导致疤痕组织残留，则可能持续数年。这一阶段的特征是血管退化、炎症消退和肉芽组织转化为瘢痕组织，其中ECM从临时ECM重塑为永久性胶原基质，留下一个包含少量细胞且主要由ECM组成的肿块。

炎症是人体抵抗受损组织和异物的基本防御手段(6). 急性炎症的主要目标是消除有害物质，如微生物或死细胞。一旦消除了有害物质，炎症就会消退。虽然炎症过程可能对组织产生破坏性影响，这在慢性炎症病例中尤为明显，但炎症本质上是保护性的，是修复和再生的先决条件。如果组织完整性和体内平衡得到恢复，炎症就会在修复过程中消退。然而，如果伤口愈合反应失调或没有得到适当解决，炎症会导致病理性纤维化的发展，从而损害正常组织功能，最终导致器官衰竭(7).

最近的研究表明，控制炎症的细胞机制和信号通路与控制修复和再生的机制相互关联。事实上，正是炎症机制激活了修复和再生过程。特别是免疫细胞介导从最初炎症到愈合和再生阶段的过程。免疫细胞还通过与组织旁细胞的通讯来调节正常组织结构的恢复，并通过清除组织碎片、促进血管生成和支持薄壁细胞再生来发挥功能。在免疫细胞中，巨噬细胞是一种关键的细胞类型，它不仅通过吞噬作用进行清除，还控制血管生成、ECM重塑以及炎症等过程。事实上，巨噬细胞在炎症和愈合的大多数（如果不是全部）阶段以及可能导致疾病进程的病理重塑中发挥着重要而多样的作用。

巨噬细胞表现出高度可塑性和多样性，是介导先天免疫的主要效应细胞。除了在宿主防御中发挥作用外，巨噬细胞在组织发育、维持组织内环境稳定和组织再生中也发挥着重要作用(8–10). 在损伤引发的急性炎症和随后的愈合过程中，巨噬细胞对于正确修复和恢复体内平衡至关重要。然而，在遗传疾病（例如肌营养不良）或系统代谢失调（例如肥胖）导致的持续损伤条件下，它们的功能会导致纤维化、动脉粥样硬化、癌症和其他慢性疾病的病理发展。因此，研究巨噬细胞的功能和调节机制对于更好地理解炎症和再生的保护和病理作用非常重要。

在这篇综述中，我们将讨论组织损伤后炎症和再生/修复的机制，尤其是巨噬细胞作为执行和介导多种过程的细胞。我们首先概述了骨骼肌损伤后和再生过程中巨噬细胞的活动，骨骼肌是一种研究得很好的具有高再生潜能的模型组织。巨噬细胞对于骨骼肌的再生是必不可少的。然后，我们讨论了不同再生潜能组织中巨噬细胞的功能：肝脏、肾脏和心脏。无论组织类型如何，巨噬细胞似乎在组织损伤反应过程中执行类似的任务；也就是说，清除碎片，重塑ECM，促进血管生成和瘢痕形成。然而，与此同时，巨噬细胞的作用也可能因微环境需求或信号而发生巨大变化。因此，它们的作用往往是组织和损伤特异性的。例如，它们促进骨骼肌中干/祖细胞的增殖和分化以促进再生，同时有助于心脏纤维化的快速愈合。在这篇综述中，我们的重点是急性损伤引发的无菌炎症；我们不涉及巨噬细胞处理病原体的功能特性。此外，我们将讨论炎症和修复/再生之间的机制联系和协调。

巨噬细胞在骨骼肌再生中的作用

卫星细胞和肌肉组织旁巨噬细胞

骨骼肌是哺乳动物运动、姿势维持和能量代谢的主要器官。骨骼肌对损伤和疾病具有显著的修复和再生能力。虽然肌特异性的、定植于肌源性谱系的肌肉干细胞[也称为卫星细胞（SC）]通过分化为替代肌纤维在肌肉再生中发挥着关键作用，但SC与邻近基质细胞（包括免疫细胞、成纤维细胞和血管细胞）之间的相互作用，也是适当组织再生所必需的(11). 几十年来，肌肉损伤后肌肉再生和炎症之间的功能联系已经被提出，最近的研究表明炎症和再生过程之间存在紧密的协调。巨噬细胞在这种协调中起着关键作用，对肌肉损伤后组织完整性和功能的恢复至关重要(12).

在稳定状态下，SC处于静止状态，位于肌纤维表面，在质膜和肌纤维周围的基底层之间(图2). SCs被肌肉损伤激活，然后在几天内迅速增殖(图3). 激活的SC的后代称为肌原前体细胞（myogenic presor cells，MPCs）或成肌细胞，它们经历多轮分裂、分化和融合，形成肌纤维或与现有肌纤维融合(13,14). 激活的SC也会生成后代，以恢复静止SC的池。SC及其后代对肌肉再生是不可或缺的(15). 例如，SC耗竭阻碍肌肉再生(16)SC分化受损严重延迟肌肉再生并延长肌肉损伤后的炎症(17).

组织旁巨噬细胞位于肌纤维之间的间隙，尤其是肌周（肌束周围的结缔组织）、肌表膜（整个肌肉周围的结蒂组织，图2)和血管周围间隙(21–24). 与SCs一样，健康肌肉中的常驻巨噬细胞处于静止状态(15)但会因损伤（包括运动诱发的损伤）而迅速激活。虽然健康肌肉中常驻巨噬细胞的数量相对较少（大约每五根肌纤维中有一个巨噬细胞），但运动可以迅速增加其数量(25). 此外，有人认为，常驻巨噬细胞通过直接沟通或健康肌肉中的可溶性因子与SCs相互作用，维持未分化的静止表型，但有关机制的细节尚未阐明。

肌肉再生的顺序过程

肌肉炎症是由身体损伤或肌营养不良等急性和慢性损伤引起的，也是运动的常见生理反应(26)这突出了肌肉炎症反应对维持肌肉内环境稳定至关重要的概念。最常用的肌肉损伤、炎症和修复模型包括对小鼠施用肌肉毒性药物（心脏毒素、替卡辛）、化学物质（氯化钡）和物理程序（冷冻损伤）(27). 虽然不同模型之间再生过程的时空轨迹不同，可能是因为损伤程度和对免疫细胞的影响不同(15,27)这些模型同样会导致最初的坏死，然后是炎症和再生。在这里，我们主要关注心毒素诱导的肌肉损伤的结果，因为在该模型中对炎症反应的研究最好。

肌纤维最初坏死后，SC被激活(图3). 与此同时，包括中性粒细胞和巨噬细胞在内的免疫细胞浸润受损组织，坏死的肌纤维通过吞噬作用被清除。炎症反应在时间和空间上与肌生成的初始阶段相耦合，其中激活的SC开始增殖并致力于分化为肌细胞，这表明肌生成和炎症反应之间存在密切联系。与这种联系相一致，最早的再生阶段开始于损伤后碎片和炎症损伤，这些损伤主要由中性粒细胞和促炎巨噬细胞控制(15). 在肌肉再生的下一阶段，新分化的肌细胞融合形成小肌纤维，而炎症消退。血管生成也被激活(15)，并且新的肌纤维在大小上生长并成熟。1个月内完成再生。

损伤组织内的免疫细胞积聚

中性粒细胞是第一批对骨骼肌损伤作出反应的非常驻细胞；受伤后1-3小时内出现(图4) (18,28). 它们很可能被常驻巨噬细胞招募，这些巨噬细胞分泌各种趋化因子，包括CCL2和CXCL1，以及损伤相关分子模式（DAMP），如高迁移率族蛋白1（HMGB1）(24,29,30). 中性粒细胞数量在受伤后12–24小时达到峰值，之后在3–4天内下降(28).

中性粒细胞耗竭会延迟损伤后的肌肉再生，这表明了中性粒细胞对肌肉再生的贡献(31). 在没有中性粒细胞的情况下，坏死碎片的水平增加，这表明中性粒细胞吞噬清除碎片对随后的再生很重要。与之形成鲜明对比的是，在CD18收缩诱导的肌肉损伤模型中(Itgb2项目)-缺陷小鼠表现出严重受损的中性粒细胞对受损肌肉的补充、肌纤维损伤和巨噬细胞积聚，损伤后早期（3天）减少，后期（7天）纤维再生增强(32). 这表明中性粒细胞具有病理效应。总之，这些结果表明，中性粒细胞通过清除碎片和招募免疫细胞（如单核细胞），有助于向再生迈出非常早期的一步，但它们也可能促进肌肉损伤(33,34). 中性粒细胞诱导的肌肉损伤也有可能是为以后的再生准备组织所必需的，尽管这一想法基本上还没有得到验证(33).

中性粒细胞侵袭开始后，循环单核细胞被招募到受伤的肌肉组织中(图4). 两个单核细胞亚群（Ly6C^你好炎性单核细胞和Ly6C^洛循环中的常驻/巡查单核细胞），Ly6C^你好炎性单核细胞进入受损的肌肉组织，在那里它们可能分化为巨噬细胞，在炎症和再生过程中改变其表型和功能(图3) (18,19). 赖氨酸6C^洛单核细胞在受损肌肉内不能分化为巨噬细胞(18,19). 巨噬细胞数量在损伤后48小时内持续增加。然后，这些数字逐渐下降，但在炎症和再生过程中仍会升高(15). 再生过程完成后，巨噬细胞数量恢复到稳态水平。

至少涉及两个巨噬细胞亚群(18,35). 受伤后不久，CX_三CR1号机组^洛赖氨酸6C^你好（以下简称Ly6C^你好)来自循环Ly6C的单核细胞/巨噬细胞^你好炎性单核细胞侵入损伤组织，并在损伤后第1天或第2天达到峰值。作为Ly6C^你好巨噬细胞在损伤后2天开始下降，CX的数量_三CR1号机组^你好赖氨酸6C^洛（Ly6C^洛)巨噬细胞在增加，第3天之后，它们是主要的巨噬细胞群(18).

在损伤肌肉内单核细胞/巨噬细胞积聚受到抑制的小鼠模型中，肌肉再生受损。模型包括抄送2^−/−和Ccl2公司^−/−老鼠(28,36,37)中性粒细胞/巨噬细胞集落刺激因子受体(38)，氯膦酸脂质体介导的单核细胞/巨噬细胞耗竭(18,39,40)CD11b的耗尽⁺CD11b-DTR（白喉毒素受体）小鼠的单核细胞/巨噬细胞(41)，肌肉再生受损。这清楚地表明，单核细胞/巨噬细胞对肌肉损伤后的适当肌肉再生至关重要。

虽然髓样细胞在受损肌肉中占主导地位，但淋巴细胞也会积累并发挥重要作用。常规CD4⁺T细胞和Foxp3⁺CD4细胞⁺调节性T细胞（T_规则细胞）在类似于Ly6C的时间过程中积累^洛巨噬细胞数量在损伤后4-5天达到峰值(42). CD3⁺T细胞分数增加至总CD45的约35%⁺伤后第5天白细胞(42). T的消耗_规则细胞延迟修复并延长炎症(43). 肌肉T_规则细胞通过产生两性调节蛋白部分诱导SC扩张(42,43). CD8（CD8）⁺T细胞也在受伤的肌肉内积聚，并被认为促进Ly6C的积聚^你好巨噬细胞(44). 在CD8中⁺-空(Cd8a公司^−/−)小鼠，SC增殖受损，再生延迟，表明CD8⁺T细胞是调节肌肉再生的免疫细胞网络的重要成员。

巨噬细胞亚型

巨噬细胞的M1/M2二分法是一个广泛应用的概念。然而，这种二分法主要建立在对培养的巨噬细胞的观察和应用二分法对巨噬细胞进行分类的基础上体内这并不简单。在一个在体外设置、接触Toll样受体配体或T_小时细胞因子，如TNF-α和IFN-γ，将巨噬细胞极化为促炎M1表型。M1激活增加促炎细胞因子的表达和活性氧的产生。相比之下，T_小时IL-4和IL-13等2种细胞因子诱导M2表型，可能具有抗炎和伤口愈合功能(9).

在受伤的肌肉组织内，Ly6C^你好巨噬细胞表达较高水平的几种促炎细胞因子，包括TNF-α和IL-1β，而Ly6C^洛巨噬细胞表达较高水平的抗炎细胞因子，包括IL-10和TGF-β(18). 因此，Ly6C^你好和Ly6C^洛巨噬细胞分别被认为是M1型和M2型(15,45). 然而，现在很清楚，M1/M2二分法不足以描述巨噬细胞的不同表型和功能体内(46)其中M1和M2标记可以同时表达(47). 此外，最近的一项转录组学研究表明，大多数已建立的M1和M2标记在Ly6C中的表达水平没有显著差异^你好和Ly6C^洛损伤骨骼肌中的巨噬细胞(35,48). 因此，骨骼肌损伤/修复期间巨噬细胞的基因表达谱与在体外M1和M2表达谱。因此，肌肉Ly6C的功能^你好和Ly6C^洛巨噬细胞不能从在体外M1和M2巨噬细胞。

对受损骨骼肌内巨噬细胞激活的信号通路的研究也表明体内激活信号不同于在体外M1/M2刺激。例如，在再生肌肉中，干扰素-γ受体下游的主要转录因子STAT1对几个已鉴定的干扰素γ应答基因的表达是必不可少的在体外(35). 此外，Ly6C^洛再生肌肉内的巨噬细胞不表达IL-4诱导的较高水平的典型M2标记物在体外(35). 此外，IL-4信号的主要下游介质STAT6的缺失并不影响肌肉再生(49). 与此一致，骨髓特异性缺失Il4ra公司（结合IL-4和IL-13的IL-4受体α亚单位）不影响肌肉再生(50). 这表明，IL-4/IL-13信号对于肌肉再生和再生过程中巨噬细胞的激活是不必要的。此外，虽然先前的研究表明低氧诱导因子（HIFs）对M1/M2基因表达很重要在体外(51)，髓系特异性缺失Hif1a型或Hif2a型不影响Ly6C的积累^你好和Ly6C^洛巨噬细胞与注射心毒素肌肉的再生(52). 这些结果强烈表明体内巨噬细胞激活刺激物和机制多种多样，可能与所见不同在体外模型刺激。

考虑到M1/M2二分法的这些局限性，我们将主要使用表面标记表型（例如Ly6C）来区分组织中的巨噬细胞亚群^你好和Ly6C^洛)当标记表达模式特征明确时。在表面标记模式没有很好记录的组织中，我们将根据文献使用M1和M2来区分促炎细胞和促溶解和/或促纤维化巨噬细胞。也就是说，M1巨噬细胞组织良好的促炎活性的结果是促进愈合和再生。相反，M2巨噬细胞的持续激活可能通过促进纤维化损害组织再生和功能。在一个体内因此，至少可以说，简单地将M1描述为坏，M2描述为好是不准确的。值得注意的是，肌肉损伤后经过的时间对转录组的影响比Ly6C的状态大得多^高/低子集(35). 损伤后第2天和第4天之间的差异最大。这对应于炎症消退的开始，这表明Ly6C^你好和Ly6C^洛巨噬细胞在炎症和溶解过程中改变其功能。因此，M1（或Ly6C）的后期功能可能^你好)和M2（或Ly6C^洛)巨噬细胞不同于其早期功能。此外，因为Ly6C^洛巨噬细胞可能来自Ly6C^你好细胞，表面标志物表型的转变（例如Ly6C^你好至Ly6C^洛)可能会影响亚群的明确识别。总之，由于缺乏足够的表面标记物，巨噬细胞亚群的鉴定可能会带来技术困难。

更重要的是，用一组表面标记确定的亚群在不同的环境中（例如不同的组织）可能具有不同的功能。正如我们将在以下章节中看到的，在从损伤到修复的过程中，巨噬细胞经常从Ly6C转换其表型^你好至Ly6C^洛在许多组织中，包括骨骼肌和肾组织，Ly6C^你好巨噬细胞通常促进炎症，而Ly6C^洛巨噬细胞促进纤维化。类似地，在四氯化碳（CCl₄)-介导的肝损伤模型，巨噬细胞从Ly6C改变其表面表型^你好至Ly6C^洛在从受伤到修复的过程中。然而，尽管Ly6C^你好肝脏中的巨噬细胞产生类似Ly6C的促炎细胞因子^你好巨噬细胞在骨骼肌中起作用，它们也促进纤维化(53,54). 有趣的是，Ly6C^洛巨噬细胞促进基质降解和碎片清除，对瘢痕溶解起着关键作用。因此，在肝脏CCl中₄损伤模型，Ly6C^你好巨噬细胞是促炎和促纤维化的，而Ly6C^洛巨噬细胞具有促溶解和抗纤维化作用。此外，这些肝巨噬细胞表达混合的M1/M2标记基因。显然，少量的表面标记物不足以识别各种巨噬细胞亚群和功能。Ly6C的这些功能差异^洛和Ly6C^你好不同损伤模型中的巨噬细胞突出了不同微环境下巨噬细胞的功能多样性。

肌肉损伤后巨噬细胞功能的顺序变化

受伤后不久，Ly6C^你好来自循环Ly6C的单核细胞/巨噬细胞^你好炎性单核细胞浸润受损肌肉区(图3) (18). 这些细胞表现出非分裂性，F4/80^洛，促炎表型，并表达促炎细胞因子，如IL-1β和TNF-α(18). 前炎性巨噬细胞位于MPC附近，刺激其迁移、增殖和分化为肌管，但抑制其成熟和融合(图3).

CCL2/MCP-1是招募单核细胞的关键信号分子(图4). 删除Ccl2公司及其受体基因抄送2严重减少受损肌肉组织中单核细胞/巨噬细胞的积聚(18,36,37,55). CCL2由MPC、受损纤维、常驻巨噬细胞和骨髓源细胞，尤其是单核细胞/巨噬细胞表达(24,28,56). 此外，Ly6C的积累^你好CD8中巨噬细胞减少⁺T-cell-null小鼠(44). CD8（CD8）⁺T细胞位于受损肌肉组织内的巨噬细胞附近，共同培养实验表明，T细胞激活邻近巨噬细胞中CCL2的生成，这表明CD8⁺T细胞有助于Ly6C的积累^你好巨噬细胞。

而促炎性Ly6C^你好巨噬细胞介导损伤肌肉组织的炎症反应(40)，它们对后期肌肉再生也至关重要。例如，一些模型表明，抑制单核细胞来源的巨噬细胞的初始积累会损害肌肉再生和坏死组织的清除(18,28,55,57,58). 因此，炎症阶段巨噬细胞介导的一个重要过程似乎是吞噬细胞清除死亡细胞和其他碎片(图4). 然而，巨噬细胞对导致肌肉再生的早期过程的贡献并不局限于吞噬作用。

以前的研究表明Ly6C^你好巨噬细胞刺激MPC增殖并抑制其分化和融合在体外(图3) (18,56,59). 例如，在体外-活化的M1前炎性巨噬细胞促进MPC的扩张，而M2活化的巨噬细胞促进其分化和成熟(18,60).体内观察结果也支持Ly6C的差异效应^你好和Ly6C^洛MPC上的单元格。在一个体内在人类肌肉再生模型中，表达M1或M2标记物的巨噬细胞在损伤后7天共同定位于再生区。而表达M1标记物NOS2和COX2的巨噬细胞优先与增殖的MPC相关，而表达M2标记物CD206的巨噬细胞与分化的心肌细胞相关(60). 此外，正如将在下一节中讨论的那样，来自Ly6C的细胞因子和其他介质^你好和Ly6C^洛巨噬细胞对MPC的影响不同。这些发现支持巨噬细胞表型和功能的连续变化指导心肌细胞再生的进展这一观点(图3).

Ly6C峰值后^你好损伤后1–2天巨噬细胞聚集，Ly6C^你好巨噬细胞数量下降，Ly6C^洛巨噬细胞成为主要的巨噬细胞亚型(18,48). Ly6C的这种转变^你好至Ly6C^洛细胞与从炎症到消退和再生的生物过程相一致(15). 在肌肉损伤反应的这个阶段，Ly6C^洛巨噬细胞刺激MPC的成肌承诺，促进肌纤维的分化、成熟和融合。赖氨酸6C^洛巨噬细胞表达较高水平的抗炎细胞因子，如IL-10，从而有助于炎症的消退(18,24).

循环单核细胞的乳胶标记显示，虽然新招募的细胞显示Ly6C^你好CX3CR1型^洛表面表型改变为Ly6C^洛CX3CR1系列^你好损伤后2天开始的表型(18). 这表明促炎性Ly6C的表型转变^你好细胞抗炎Ly6C^洛肌肉内的巨噬细胞，尽管Ly6C也可能^你好单核细胞直接分化为Ly6C^洛巨噬细胞。与Ly6C相比^你好细胞，Ly6C^洛巨噬细胞也增殖就地并且这种增殖导致Ly6C的数量大幅增加^洛巨噬细胞(18). 因为Ly6C^你好单核细胞/巨噬细胞的募集似乎主要发生在损伤后早期（损伤后2-3天内），似乎Ly6C^洛巨噬细胞增殖有助于Ly6C的扩增^洛巨噬细胞在损伤后第3天左右开始。

Ly6C的协调过渡^你好对Ly6C有促炎作用^洛前溶解/修复巨噬细胞对正确再生很重要。使用IL-10或抗IFN-γ抗体阻断早期炎症，或使用抗IL-10治疗导致延迟消退，从而破坏这种转换，损害肌肉再生(61,62). 在人类肌肉再生过程中也观察到巨噬细胞表型从M1向M2的顺序转变(59). 这些发现支持了巨噬细胞适当的时间转换对受损肌肉再生是必要的这一观点(58). 一旦分化和融合完成，巨噬细胞的数量就会下降到非常低的水平(18,22).

除了新招募的单核细胞衍生巨噬细胞外，骨骼肌内还有常驻巨噬细胞。其中大多数展示了F4/80⁺赖氨酸6C^负极CX3CR1系列^负极表面表型(24). 肌肉损伤后，常驻巨噬细胞表达高水平的CCL2和CXCL1趋化因子，以招募单核细胞和中性粒细胞。TNF-α信号对CCL2和CXCL1的诱导似乎特别重要(63). 损伤后24小时，选择性消耗常驻巨噬细胞可大大减少受损肌肉内的巨噬细胞数量。因此，常驻巨噬细胞似乎有助于中性粒细胞和单核细胞向受损肌肉组织的初始募集。

在包括大脑和肝脏在内的多个组织中，组织旁巨噬细胞来源于胚胎祖细胞，并通过独立于骨髓贡献的局部自我更新来维持(64,65). 骨骼肌常驻巨噬细胞的来源尚不清楚。肌肉损伤后常驻巨噬细胞的命运也不清楚。正如在心脏中观察到的那样，单核细胞衍生的细胞可能会补充常驻巨噬细胞(66)，但此模型需要测试。

细胞因子与炎症和再生之间的联系

细胞因子是协调损伤肌肉炎症和修复过程的关键介质。促炎细胞因子不仅激活炎症，还启动修复过程，这突出了炎症和修复/再生机制之间的密切联系。细胞因子信号的失调扰乱了这一协调过程，并可能导致病理学，这将在后面的章节中讨论。

赖氨酸6C^你好巨噬细胞表达IFN-γ、TNF-α、IL-1β和IL-6等促炎细胞因子，可能促进炎症和组织损伤(图3). 然而，它们也是MPC再生不可或缺的组成部分。例如，损伤后1至5天，损伤组织中的IFN-γ显著增加(61)并在最早的再生阶段发挥关键作用(15). IFN-γ可能增强促炎性巨噬细胞表型(46)并直接调节抑制MPC中肌肉分化和支持MPC增殖的基因的表达。阻断IFN-γ信号传导损害巨噬细胞的积累和肌肉再生(61). 干扰素-γ对肌生成的抑制由主要组织相容性复合体II类反式激活子（CIITA）和多囊抑制复合体2（PRC2）介导，后者表观遗传抑制肌生成素依赖性肌肉基因(67,68).

抑制TNF-α信号也会损害肌肉再生(69). 肌肉组织中TNF-α的表达在损伤后24小时达到峰值，炎症细胞是主要来源(69). 因为TNF-α激活巨噬细胞中的促炎基因(46,63)，促进肌肉损伤的初始炎症反应。然而，TNF-α信号也控制SC命运，部分是通过表观遗传抑制槽口1和第7页表达式。陷波信号是保持SC处于静止状态所必需的，其衰减导致SC致力于成为MPC(70–72). Ly6C分泌的金属蛋白酶ADAMTS1^你好巨噬细胞，通过靶向SC中的NOTCH1抑制Notch信号传导，导致SC增殖(73). 因此，Ly6C^你好巨噬细胞通过TNF-α和ADAMTS1的产生抑制Notch信号传导，进而激活SC增殖。

Pax7是SC的主调节器，控制其生长和增殖，同时抑制对肌肉分化重要的基因(74). 当SCs分化为肌管时，Pax7表达受到抑制(75). 因此，TNF-α介导的槽口1和第7页促进SC激活，并为向分化过渡做好准备(15). IFN-γ和TNF-α信号的激活从而驱动促炎性巨噬细胞的激活，但也促进MPC的扩张并为肌源性分化做好准备(15).

在心脏毒素损伤模型中，IL-6从损伤后第1天起通过浸润单核细胞/巨噬细胞大量表达，其表达持续到第7天(76,77). 系统删除伊尔6抑制炎症，损害MPC增殖和肌肉再生。IL-6也由成纤维脂肪祖细胞和SC产生，可能有助于MPC的增殖和分化(78–80). 尽管这些结果表明IL-6具有促再生功能，但使用抗体抑制IL-6受体信号传导可加速骨骼肌再生并抑制心脏毒素损伤后的纤维化(77). 这突显了IL-6在肌肉损伤中的环境依赖性功能。

双精度伊尔1a和伊尔1b敲除延迟心脏毒素损伤后的肌肉再生(81). 免疫细胞浸润和IL-6的局部表达受到抑制，Pax7⁺MPC扩散延迟。有趣的是，伊尔1SCs的缺失抑制其增殖，外源性IL-1β可逆转这种效应，表明非免疫细胞中IL-1的表达对肌肉修复也很重要。

如上所述，吞噬性Ly6C^你好损伤后早期积聚的巨噬细胞被吞噬能力较弱的Ly6C取代^洛巨噬细胞(82)受伤后第2天开始，第4-7天达到峰值(15). 这种转变伴随着从炎症阶段到再生阶段的转变。随着再生的进行，细胞因子的产生也会发生变化。早期炎症阶段以IFN-γ、TNF-α和CCL2的表达为特征，晚期炎症阶段以抗炎细胞因子和生长因子的表达增加为特征，如IL-10、TGF-β和IGF-1(15).

IL-10表达于损伤后第1天开始，第3天左右达到峰值(83,84). 删除伊尔10M2标记基因表达减少精氨酸1和抄送163损伤后第4天，表明IL-10参与巨噬细胞表型和功能的转变(84). 此外，肌肉再生因缺失伊尔10这些结果表明，IL-10对分解和再生阶段的进展很重要。有趣的是，当巨噬细胞通过早期IL-10治疗或丝裂原活化蛋白激酶磷酸酶1（MKP-1）基因缺失（限制p38 MAPK激活）而过早向前溶解表型倾斜时，骨骼肌再生也会受损(62). 显然，过早启动抗炎程序会损害修复，这表明反应的精确时间和协调的重要性。与这个想法一致，体外实验表明，当两种细胞因子同时作用于SCs时，IL-10可消除TNF-α对SCs的促增殖作用。相反，与IL-10和TNF-α共同刺激可消除IL-10的促分化作用。这些结果表明，由不同活化的巨噬细胞产生的促炎和抗炎细胞因子的及时、有序表达对组织的适当愈合和再生至关重要(62).

Ly6C大量表达IGF-1^洛损伤肌肉内的巨噬细胞及其浓度在损伤后第3天达到峰值(85).体外IGF-1促进SCs分化，在较小程度上促进其增殖(86). 局部注射IGF-1治疗抄送2^−/−小鼠，其中Ly6C和^你好和Ly6C^洛巨噬细胞和IGF-1水平显著降低，改善受损的肌肉再生表型(85). 这表明IGF-1来源于Ly6C^洛巨噬细胞是肌肉再生的关键因素。类似地，肌肉特异性过度表达免疫球蛋白1加速心脏毒素损伤肌肉的再生(87). 值得注意的是，在这方面免疫球蛋白1在过度表达模型中，TNF-α和IL-1β水平降低，尤其是在损伤后第5天，这表明炎症与IGF-1调节的修复之间存在关联。

巨噬细胞表型转变的调控

从以IFN-γ和TNF-α为主的环境转变为富含抗炎细胞因子（如IL-10和TGF-β）和生长因子（如IGF-1）的环境可能支持巨噬细胞功能的转变(表1) (84,88). T的积累_规则细胞与巨噬细胞表型的转变相一致，提示T_规则细胞可以通过IL-10和其他介质对转化作出贡献。潘杜罗等最近报道，T的早期消耗_规则损伤后的细胞促进NK和效应T细胞产生IFN-γ，从而增强巨噬细胞的炎症激活(89). 在中密度纤维板小鼠，杜氏肌营养不良小鼠模型，其中小鼠不表达肌营养不良蛋白，T_规则细胞耗竭加剧肌肉炎症并调节Ly6C中CD206的表达^洛巨噬细胞(90). 这表明T_规则细胞调节骨骼肌中的巨噬细胞活性。

IGF-1主要由受损肌肉中的单核细胞/巨噬细胞表达，并由骨髓特异性缺失Igf1基因减少CD206的数量⁺巨噬细胞，表明其参与巨噬细胞表型转变(85,94). 炎症前巨噬细胞表达IL-1β对IL-10和TGF-β的后期表达也很重要(62).

细胞碎片的吞噬作用也极大地调节巨噬细胞基因的表达(18). 在培养的人单核细胞源性巨噬细胞中，吞噬死亡的MPC会减少TNF-α的生成，并增加TGF-β的生成。同样，小鼠骨髓源性巨噬细胞在吞噬凋亡的MPC后将其标记基因表达从M1（NOS1，CCL3）转换为M2（CD163，CD206和TGF-β1）(95). AMP-activated protein kinase（AMPK）信号传导对于介导吞噬作用和髓细胞引起的表型转换非常重要安帕卡1^−/−（AMPKα1亚单位）抑制巨噬细胞M2标记基因的表达，并损害Ly6C的转移^你好朝向Ly6C^洛肌肉损伤后第2～3天的巨噬细胞(95). 这些结果与细胞碎片的吞噬作用驱动表型从促炎症转变为促溶解的概念一致。

此外，最近的研究表明，巨噬细胞的表型转变与细胞代谢的显著变化相一致。据报道，代谢重编程对巨噬细胞的激活至关重要(96). 代谢途径不仅提供能量，还为免疫细胞执行任务所必需的大分子生物合成提供前体。此外，代谢重编程支持分化和激活过程中发生的表观遗传学变化(97).

体外脂多糖对M1的促炎激活增强糖酵解并抑制氧化磷酸化（OXPHOS），而IL-4对M2的激活激活OXPHOS(98,99). 虽然糖酵解对生成ATP的效果不如OXPHOS，但有人认为，向糖酵化的转变对于快速激活ATP生成和生成炎症细胞因子生成所需的生物合成中间体非常重要(99). 由于巨噬细胞可以在组织内增殖，因此糖酵解的激活也可能是其增殖所必需的体内其他代谢途径，包括三羧酸（TCA）循环的一个子集、磷酸戊糖途径和氨基酸代谢也在M1巨噬细胞中被激活，这些途径产生的代谢物对增加活性氧、IL-1β和一氧化氮的生成很重要。因此，这些细胞代谢途径的调节对巨噬细胞功能的执行至关重要。当M2巨噬细胞激活不同的代谢途径时，代谢激活的差异与巨噬细胞功能激活的差异相关。此外，骨骼肌损伤后的转录组分析表明，与糖酵解相关的基因在炎症向缓解期过渡期间（心毒素介导的损伤后2-4天）下调，而与OXPHOS和谷氨酰胺代谢相关的基因上调。这表明巨噬细胞在改变炎症状态之前开始改变其代谢程序(35,100).

在小鼠和人类巨噬细胞中，AMPK是感知能量状态和控制细胞代谢的关键中枢(101,102). AMPK对脂肪酸氧化（FAO）很重要，它抑制巨噬细胞的促炎反应在体外(95,103)肥胖脂肪组织和动脉粥样硬化(102,104). 有趣的是，安帕卡1缺失损伤Ly6C的巨噬细胞进程^你好至Ly6C^洛骨骼肌损伤后的表型(95). 此外，miR-33抑制诱导的AMPK依赖性FAO激活与M2标记上调有关(105)，同时安帕卡1缺失抑制骨髓源性巨噬细胞中M2标记物对IL-4或IL-10的上调反应。这表明AMPK对抗炎M2型激活很重要，细胞代谢中AMPK依赖性变化有助于巨噬细胞的表型转换。与这个想法一致，髓细胞安帕卡1心脏毒素损伤模型中的缺失导致肌肉再生延迟，Ly6C数量减少^洛巨噬细胞(95). 此外，尽管细胞代谢对微环境作出反应，但它也通过脂质代谢以细胞自主的方式进行控制，从而影响巨噬细胞的激活状态(106). 总之，这些发现突出了巨噬细胞代谢与炎症和修复功能之间的密切联系。

巨噬细胞与其他细胞的相互作用

纤维/脂肪祖细胞（FAP）是一种具有分化为成纤维细胞和脂肪细胞双重潜能的祖细胞群体(79,107). FAP在肌肉损伤时被激活，并通过产生IL-6和IGF-1支持肌源性分化(79). 然而，在脂肪变性模型中，FAP也会在变性肌肉内引起异位脂肪细胞(107)以及介导纤维化的成纤维细胞中密度纤维板营养不良小鼠(108). 有趣的是，肌肉损伤会导致嗜酸性粒细胞的快速补充，嗜酸性粒细胞核分泌IL-4来激活FAP增殖并抑制其向脂肪细胞的分化(50). IL-4信号通过激活FAP促进肌肉再生(图4). 作为对IL-4的反应，FAP增殖并清除坏死碎片。值得注意的是，在同一研究中，IL-4信号对巨噬细胞增殖和肌肉再生是不必要的。FAP数量在notexin诱导损伤后96小时达到峰值，然后在9天内下降到损伤前水平(108). 巨噬细胞通过TNF-α诱导FAP的快速清除，对预防过度纤维化非常重要。

如前几节所述，巨噬细胞极大地影响SC的行为。巨噬细胞和SCs之间的相互作用是相互的，SCs的缺失延迟了Ly6C的表型转变^你好至Ly6C^洛单元格(48). SC和MPC也与内皮细胞和成纤维细胞相互作用(109).

T型_规则细胞也有助于肌肉再生，部分是通过产生促进MPC分化的两性调节蛋白(43,90). 在中密度纤维板营养不良小鼠_规则细胞耗竭加剧肌肉炎症并影响Ly6C中CD206的表达^洛巨噬细胞(90)这表明它们对肌肉中巨噬细胞的调节作用与其他组织中的类似。

血管生成和纤维化

血管生成、血管重塑和成熟对组织再生至关重要(109). 抑制巨噬细胞聚集减少血管生成(110,111)，表明巨噬细胞有助于再生肌肉组织的适当血管化。此外，骨骼肌中过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅活化因子1α（PGC-1α）的强制表达可诱导血管生成。在这种情况下，PGC-1α促进巨噬细胞积聚，进而激活血管生成(112).

急性肌肉损伤后，炎症期胶原沉积短暂增加，随后在消退期消失(113). 事实上，有效的肌肉修复需要产生新的临时ECM成分的成纤维细胞的迁移和增殖。ECM对组织的稳定非常重要，并充当新肌肉纤维的支架。SC还利用预先存在的坏死肌纤维的基底膜来确保新肌纤维保持类似的位置。因此，适当的ECM生产和重塑对再生非常重要。

巨噬细胞促进纤维化及其消解。它们也对ECM重塑起着关键作用。巨噬细胞产生TGF-β1，激活产生ECM的肌成纤维细胞(7). 它们还可能通过影响局部免疫细胞对2型炎症的激活来促进纤维化。相反，巨噬细胞也可能产生基质金属蛋白酶（MMPs）和其他影响ECM的降解酶。一些MMP活性有助于解决纤维化，而其他活性似乎会驱动纤维化(7,114). 整合素β3的缺失(Itgb3号机组)增加CD206⁺巨噬细胞中的（M2样）细胞分数和增强心肌毒素诱导的肌肉损伤后的纤维化(115). 这表明巨噬细胞在急性肌肉损伤后刺激ECM的生成。在急性损伤的肌肉和中密度纤维板肌营养不良，巨噬细胞表达TGF-β1(图4) (116)是ECM生成和纤维化的关键调节器。虽然这些发现表明巨噬细胞在肌肉再生过程中对ECM的生成和重塑很重要，但它们的确切作用尚不明确。

肌肉病理学中的巨噬细胞

炎症和再生过程是紧密协调的，MPC、巨噬细胞和其他细胞之间的相互作用是时空协调的。运动会引发炎症的事实表明，对急性损伤的适应性反应受到了强大的选择性压力，导致了复杂机制的演变(15). 与此形成鲜明对比的是，对慢性损伤的反应往往不足以调节结构或功能的恢复。在这种情况下，免疫细胞和其他细胞（如成纤维细胞）活动的时空控制变得紊乱。一个例子是肌营养不良，其特征是持续的炎症和肌肉萎缩，其中进行性纤维化和组织重塑损害肌肉功能。在这种病理状态下，慢性炎症是导致肌肉退化和纤维化的继发性损伤的原因。

虽然严格调控的顺序巨噬细胞激活对急性肌肉损伤后的肌肉再生至关重要，但在慢性炎症条件下，巨噬细胞的活性可能会变得有害。例如抄送2CCR2的药理抑制中密度纤维板营养不良小鼠减少单核细胞衍生Ly6C的补充^你好巨噬细胞，与抑制炎症和改善肌肉功能有关(117). 这表明巨噬细胞在该模型中对持续炎症和病理学的作用。此外，巨噬细胞来自中密度纤维板小鼠似乎通过转化生长因子-β信号传导促进纤维化(116)，除了激活成纤维细胞外，还阻止TNF诱导的成纤维细胞来源的FAP凋亡(108). 在中密度纤维板小鼠，TNF-α信号的慢性激活也通过抑制Notch-1信号限制SCs的再生潜能(118). 因此，阻断TNF-α信号转导可减轻中密度纤维板老鼠(119). 有趣的是，巨噬细胞的大部分亚群中密度纤维板肌肉表达两者天花和Tgfb1型表明慢性损伤时，巨噬细胞采用与急性损伤后观察到的转录体不同的转录体。这些观察结果表明，急性肌肉损伤后，从富含TNF-α到富含TGF-β的有序过渡在慢性损伤条件下变得紊乱，导致炎症和重塑无法解决(108).

IL-6似乎通过控制炎症和再生促进适当的肌肉修复(76). 低水平的IL-6促进SC激活和肌管再生。然而，IL-6的长期升高会促进骨骼肌萎缩，这再次表明了持续炎症的病理影响。这些发现表明，在肌肉疾病中，巨噬细胞的失调激活及其功能改变会导致持续炎症、纤维化、组织重塑和再生失败。

巨噬细胞在肝脏损伤和再生中的作用

肝脏对损伤具有显著的再生能力。肝损伤诱导成熟肝细胞增殖以替代受损组织(120,121). 然而，在肝细胞增殖受阻或不足的情况下，如慢性肝损伤，一批双功能肝祖细胞（HPCs）被激活以再生胆管细胞和肝细胞。巨噬细胞促进肝细胞增殖和HPC分化。部分肝切除术后，巨噬细胞通过分泌TNF-α和IL-6对启动肝再生起重要作用(122). 事实上，巨噬细胞耗竭会极大地损害肝脏再生。在小鼠胆道损伤模型中，吞噬肝细胞碎片的巨噬细胞表达Wnt3a，激活HPC中的Wnt信号并促进其肝细胞分化(123).

在CCl小鼠模型中₄-CCl停止后，诱导性肝损伤纤维化是暂时的，并可自行解决₄处理(53). 在该模型中，比较了CCl期间巨噬细胞耗竭的影响₄治疗（即损伤期）和随后的修复/缓解期显示了巨噬细胞在损伤反应的不同阶段的不同功能。肝损伤早期巨噬细胞耗竭可改善纤维化。相比之下，在修复期间，巨噬细胞的晚期耗竭会导致纤维化反应持续激活，导致消退失败(53). 在损伤阶段，单核细胞衍生的Ly6C^你好巨噬细胞在肝脏中占主导地位，通过支持星状细胞活化促进纤维化(54,124,125). 库普弗细胞在某些情况下也可能发挥促纤维化作用(126). 在恢复阶段，Ly6C^洛巨噬细胞通过产生基质金属蛋白酶和吞噬细胞清除碎片，在解决纤维化和修复方面起着关键作用(54,127). 肝细胞碎片吞噬诱导基质降解表型，并在单核细胞源性巨噬细胞中表达MMPs(54). 此外，刺激吞噬作用体内减少Ly6C的数量^你好巨噬细胞，并增加Ly6C的数量^洛巨噬细胞，这与吞噬作用对肝损伤后单核细胞来源巨噬细胞的表型转换很重要的观点一致。

巨噬细胞在急性肾损伤中的作用

与肝脏不同，肾脏切除不会引起器官再生，这表明其再生能力有限(128). 然而，肾脏确实通过肾小管再生部分地从各种类型的损伤中恢复(129). 分化的肾小管上皮细胞被认为可以增殖和修复受损的肾小管状细胞，但尚不排除存在祖细胞群的可能性。

缺血/再灌注（I/R）诱导的急性肾损伤会导致前2天内M1型巨噬细胞的初始聚集。随后是M2型巨噬细胞的主要聚集，其增殖就地在受伤的肾脏内(130). 抑制巨噬细胞的初始积累可减少I/R后24小时肾小管损伤，表明促炎性巨噬细胞在早期促进肾损伤(130,131). 相反，抑制M2型巨噬细胞的后期增加会损害肾小管上皮细胞的增殖并延迟恢复(130,132). M2型巨噬细胞对选择性近端小管损伤小鼠模型的恢复也很重要，该模型不招募单核细胞衍生的M1型巨噬细胞(132). 在I/R损伤后的肾脏修复阶段，巨噬细胞表达Wnt配体Wnt7b，刺激上皮细胞增殖和修复(133)，并进一步表明M2型巨噬细胞支持小管再生和修复。

同样，在小鼠单侧输尿管梗阻（UUO）模型中，Ly6C的早期积累^你好促炎巨噬细胞随后Ly6C显著增加^洛M2型巨噬细胞(134,135). 作为对UUO的反应，转录因子KLüppel-like factor 5（KLF5）诱导趋化蛋白S100A8和S100A9的表达，这些趋化蛋白将炎性单核细胞募集到肾脏并促进其活化为Ly6C^你好巨噬细胞(135). 在Klf5公司^+/−小鼠对早期Ly6C的抑制^你好巨噬细胞聚集相对向Ly6C转移^洛巨噬细胞抑制组织损伤，但促进纤维化，表明这两种类型的巨噬细胞对UUO的反应不同。确实，虽然分离了Ly6C^你好巨噬细胞促进肾小管细胞凋亡^洛巨噬细胞将成纤维细胞激活为肌成纤维细胞，提示其在纤维化中的作用(135).

在I/R和UUO模型中，巨噬细胞表型从早期的促炎性改变为后期的修复性和促纤维化。在这些模型中，抑制早期促炎巨噬细胞可以改善肾功能，尽管正如骨骼肌损伤后所见，促炎巨噬细胞也可能有助于导致恢复的过程。虽然M2型巨噬细胞似乎对肾小管上皮细胞增殖和恢复很重要，但它们也可能通过TGF-β激活成纤维细胞促进纤维化(135,136). 因此，巨噬细胞活化失调可能导致慢性肾脏疾病的病理组织重塑。

心肌梗死中的巨噬细胞

虽然在小鼠和人类中观察到现有成年心肌细胞的增殖，但更新速度非常有限，因此在病理性心肌细胞死亡（如心肌梗死（MI）诱导的心肌细胞死亡）后，心肌细胞不太可能发生有意义的再生(137). 如前所述，在具有高再生能力的组织中，如骨骼肌和肝脏，组织损伤引起的炎症通过组织再生导致修复。相比之下，由于心脏再生能力非常有限，心肌梗死不可避免地通过一系列结构和功能改变导致组织重塑，包括梗死区瘢痕形成、非梗死区剩余心肌细胞的反应性肥大和心室扩张(138). 此外，炎症可能在非梗死区被慢性激活，导致不利的心脏重塑和心力衰竭。因此，心肌梗死引发的炎症和修复过程具有潜在的不良后果。另一方面，由于心脏持续收缩和缺乏再生能力，用疤痕组织快速替换死亡组织对个体的生存至关重要。因此，通过疤痕形成进行修复在心脏中基本上是适应性的。

先前的研究表明，巨噬细胞在心肌梗死后既有保护作用又有伤害作用，并且在组织对心肌损伤以及不同类型心脏损伤反应的不同阶段，巨噬细胞的功能不同。此外，心脏巨噬细胞的发育起源不同。在幼年小鼠中，心脏常驻巨噬细胞来源于胚胎细胞，并通过自我更新维持(66,139). 心脏损伤导致单核细胞来源的巨噬细胞快速积聚。衰老也会增加胚胎来源的常驻巨噬细胞被单核细胞来源的细胞替代(140). 这种从胚胎来源的巨噬细胞向单核细胞来源的巨噬细胞的转变是否改变了巨噬细胞的功能并调节了心脏内环境稳定和/或病理过程尚不清楚，但巨噬细胞的不同来源几乎肯定会增加其功能多样性的复杂性。

心肌梗死后，单核细胞大量浸润受损组织并分化为巨噬细胞(141). 由于循环单核细胞Ly6C的快速补充^你好单核细胞/巨噬细胞最初占优势，然后是Ly6C^洛巨噬细胞在第5天后占优势(142). 相比之下，居民Ly6C^洛梗死组织内的巨噬细胞通过局部死亡或离开梗死区在1天内消失(143,144). 阻断单核细胞源性巨噬细胞的积累可抑制常驻巨噬细胞的细胞死亡，这表明Ly6C^你好单核细胞/巨噬细胞参与巨噬细胞的死亡(139). 募集的单核细胞也是Ly6C的主要来源^洛心肌梗死后前2周的巨噬细胞(143). 此后，巨噬细胞的局部增殖似乎占主导地位。MI还通过单核细胞衍生巨噬细胞的积聚和局部增殖增加非缺血组织内的巨噬细胞(145).

在心肌梗死早期，氯膦酸盐脂质体介导的单核细胞/巨噬细胞耗竭导致更大面积的碎片和坏死组织。Ly6C的早期积累^你好因此，单核细胞衍生的细胞对于清除碎片非常重要(142). 相反，第3天巨噬细胞的耗竭导致纤维化和血管生成减少，表明Ly6C^洛巨噬细胞具有促纤维化和促血管生成功能。另一项研究表明，早（心肌梗死前4小时）而非晚（心肌梗死后4天）巨噬细胞耗竭会损害左心室功能，并增加心肌梗死后7天的左心室舒张，这表明早期Ly6C的重要作用^你好单核细胞/巨噬细胞对心肌梗死的适当适应性反应。

连续给药氯膦酸盐脂质体增加心肌梗死后的死亡率，可能是因为左心室血栓形成栓塞(146). 这种连续的巨噬细胞耗竭损害碎片清除和疤痕形成。左心室血栓可能是由于受损左心室腔延迟再内皮化而形成的，这突出了巨噬细胞对修复梗死组织的重要性。同样，在小鼠中观察到，去分化心肌细胞释放的Reg3β的丢失，并在心肌梗死后介导巨噬细胞积聚，显著减少巨噬细胞数量，损害愈合和存活(147). 在该模型中，表达MMP-9的中性粒细胞数量增加，导致左心室壁不稳定和破裂。因此，巨噬细胞清除中性粒细胞对心肌梗死后的修复至关重要。这些观察结果表明，巨噬细胞对于清除坏死碎片以及心肌梗死后修复必不可少。

与受损骨骼肌中的巨噬细胞一样，死亡心肌细胞的吞噬作用似乎对心脏中从促炎性巨噬细胞向促溶解性巨噬细胞的功能转变很重要。清道夫受体CD36对单核细胞衍生Ly6C吞噬死亡细胞很重要^你好细胞和骨髓特异性抄送36缺失增加了梗死面积和心脏破裂的可能性(148). MI、Ly6C后^洛吞噬濒死心肌细胞的巨噬细胞表达更高水平的MerTK和转录因子Nr4a1，其反式激活默特克表达式(148). MerTK对吞噬垂死的心肌细胞很重要，主要在Ly6C中表达^洛心肌梗死后3天开始的巨噬细胞(149). 删除默特克严重损害心肌梗死后第5天和第7天死亡心肌细胞的清除，这与第28天组织重塑和功能恶化加剧有关。此外，促炎细胞因子基因的表达，包括天花和伊尔6，在第7天增加默特克^−/−老鼠，同时伊尔10表达减少。这些结果表明Ly6C对死亡心肌细胞的吞噬作用^你好心肌梗死后的巨噬细胞触发其分化/成熟为前溶性Ly6C^洛巨噬细胞，被Ly6C吞噬死细胞^洛巨噬细胞对炎症的消退很重要，巨噬细胞功能从促炎性向促溶解性的适当转变对于炎症的消解和修复至关重要。

除了单核细胞衍生的巨噬细胞外，常驻巨噬细胞也有助于I/R损伤后4小时开始的死亡心肌细胞的早期清除，以及常驻Ly6C对死亡心肌细胞的吞噬作用^洛巨噬细胞增加IL-10和TGF-β的表达(150).默特克在这个模型中，缺失也会损害死亡细胞的清除，加重心脏损伤。

巨噬细胞还可能通过调节纤维化和血管生成减轻心肌梗死损伤(151). 删除部落1编码一种参与蛋白质降解的衔接蛋白，严重减少骨髓、脾、肺和脂肪组织中M2样巨噬细胞(152).部落1缺乏可显著抑制CD206的积累⁺M2样巨噬细胞，大多数为Ly6C^洛MI后7天(153).部落1^−/−心肌梗死后存活率大大降低，这主要是因为心脏破裂的发生率增加，这表明M2样巨噬细胞通过瘢痕形成对成纤维细胞介导的心肌梗死修复非常重要。赖氨酸6C^洛巨噬细胞也促进血管生成，这对心肌梗死后的愈合很重要(154). 此外，巨噬细胞通过产生和分泌髓源性生长因子来支持心肌细胞的存活，髓源性生长因子也有激活血管生成的潜力(155).

除了表明巨噬细胞对心肌梗死后的愈合是不可或缺的，氯膦酸盐脂质体研究还表明，心肌梗死后1周开始抑制单核细胞积聚可改善左室收缩力并抑制非梗死组织中的纤维化，这表明巨噬细胞具有有害的前重建模功能(145). 在白喉毒素诱导表达DTR的心肌细胞死亡的心肌细胞消融模型中，心脏损伤导致具有强大促炎表型的单核细胞和单核细胞衍生的巨噬细胞的募集(139). 在该模型中，抑制单核细胞流入受损心脏可减少炎症并增强冠状动脉血管生成，表明单核细胞衍生的巨噬细胞促进心脏损伤。此外，虽然最初的替代性纤维化（即瘢痕形成）对预防心肌梗死后心室壁破裂至关重要，但梗死边缘区和未受损心肌中激活的反应性纤维化会导致心室重构，从而损害心脏功能(156). 这些研究强调了心肌梗死后巨噬细胞的病理活动。特别是，在心肌梗死后慢性期，巨噬细胞似乎对非梗死区域的持续炎症和组织重塑起着关键作用，这可能导致心力衰竭。

与成人心脏形成鲜明对比的是，新生小鼠心脏在心尖切除或心肌梗死后可以完全再生(157)但这种强大的再生能力在出生后第7天（第7页）就会丧失。P1心肌梗死后使用氯膦酸盐脂质体耗尽单核细胞/巨噬细胞严重损害心肌再生并增加纤维化瘢痕形成(158). P1和P14心肌梗死3天后心脏巨噬细胞基因表达谱的比较表明，P1巨噬细胞表达的基因在基因本体术语“血管生成”、“炎症”和“氧化应激反应”中丰富。与此一致，氯膦酸脂质体处理的小鼠心肌梗死后血管生成受到抑制，这表明P1单核细胞/巨噬细胞部分通过促进血管生成和新生心肌细胞增殖来支持心脏再生(139,158). P14巨噬细胞中几个血管生成基因的表达减少可能表明心脏巨噬细胞的功能在P1和P14之间发生变化。尽管微环境的变化，特别是心肌细胞再生能力的丧失，可能会影响P1与P14的差异基因表达，但不同的巨噬细胞亚群和/或谱系也可能导致P1和P14巨噬细胞之间的功能差异。在白喉毒素诱导的心肌细胞死亡模型中，心脏损伤仅增加P1至P7小鼠中显示修复功能的常驻巨噬细胞，但开始在P14上招募单核细胞衍生的巨噬细胞(139). 在这个模型中，在成年小鼠中，抑制损伤心脏的单核细胞募集可以保留胚胎来源的巨噬细胞亚群，减少炎症，并增强冠状动脉血管生成(139). 因此，胚胎来源的常驻巨噬细胞具有修复功能，而单核细胞来源的巨噬细胞则没有。

结论

巨噬细胞通过其多样且不断变化的功能，在从炎症到愈合的整个过程中对损伤产生复杂的组织反应。它们在慢性炎症过程中也发挥关键的病理作用，导致病理重塑和组织功能障碍。考虑到不同组织的不同特征（如细胞组成、再生能力），其功能需求的差异（如骨骼肌的物理张力、心脏的持续收缩、肝脏和肾脏的高代谢活性），以及其可能损伤的性质的差异，巨噬细胞在对组织损伤的反应中表现出多种功能和表型，这也许并不奇怪。尽管如此，急性损伤似乎在不同组织中触发了类似的过程（例如炎症、溶解和修复），巨噬细胞在所有组织中至少具有一些暂时性调节功能。

在组织损伤引发的早期炎症阶段，单核细胞和巨噬细胞通过表达促炎细胞因子而导致炎症，并与其他促炎免疫细胞相互作用。巨噬细胞被各种DAMP、纤维蛋白和促炎细胞因子激活(91–93). 缺氧条件也可能影响巨噬细胞的活性(96). 除了单核细胞衍生的巨噬细胞外，常驻巨噬细胞可能有助于循环免疫细胞的招募和激活。

巨噬细胞和单核细胞是清除细胞和组织碎片的中心参与者，这是成功愈合的先决条件。清除中性粒细胞对限制炎症也很重要。在骨骼肌对损伤的反应中，促炎细胞因子促进干/祖细胞增殖并控制分化。因此，修复和再生过程与最初的炎症过程紧密相连。换句话说，急性炎症不仅通过清除和准备受损组织进行修复和再生，为愈合铺平了道路，还引导了细胞对再生的初始反应。炎症必须随着修复/再生过程的激活而消退。观察到，由于炎症的强迫延长或过早消退，该序列的扰动对骨骼肌再生有害(61,62)强调炎症消退与其他正在进行的细胞过程的时间协调的重要性。

在从炎症到修复/再生的这个阶段，巨噬细胞功能和表型发生了显著变化。在许多组织中，Ly6C的数量^你好单核细胞/巨噬细胞减少和Ly6C^洛巨噬细胞成为优势。这种转变也可以被记录为从M1巨噬细胞向M2巨噬细胞的转变。这些表型变化与转录组的动态变化有关，无论根据其表面标记物（例如Ly6C）确定的巨噬细胞亚型如何，转录组都可能发生动态变化^洛/赖氨酸6C^你好和M1/M2），可能先于表面标记表达的转变(35). 因此，炎症和修复期间巨噬细胞功能的动态变化比从M1/M2巨噬细胞亚群的二分法中推断的要广泛得多。

巨噬细胞的功能和表型变化似乎由多种因素驱动，包括微环境和内源性线索(表1). 例如，死亡细胞的吞噬作用似乎是诱导巨噬细胞抗炎和/或修复功能的关键刺激因素。细胞因子和其他介质也可能促进功能改变。我们的知识仍然局限于相对较少的介体，可能还涉及许多其他活性分子。此外，在损伤反应的后期，单核细胞来源的巨噬细胞和常驻巨噬细胞都可能增殖。这个就地增殖可能促进巨噬细胞的功能转变，尽管将细胞增殖与巨噬细胞的表观遗传调控联系起来的机制尚不清楚(159). 巨噬细胞的功能转变还与细胞代谢的变化有关，这可能受到环境线索和细胞自主机制的影响。虽然在不同组织中通常观察到一些机制，包括死亡细胞的吞噬作用，但许多信号，如细胞因子和生长因子，可能是组织和/或损伤特异性的。因此，巨噬细胞可能具有组织和/或损伤特异性功能。

在修复/再生阶段，巨噬细胞可能以多种方式促进愈合。例如，它们可以通过表达抗炎细胞因子（如IL-10）来抑制炎症。它们还可以控制再生组织的干/祖细胞的扩张和分化，如骨骼肌中所见。或者，它们可以促进现有实质细胞的增殖，就像在肝脏和肾脏中看到的那样。即使巨噬细胞不直接支持干/祖细胞的薄壁细胞再生，它们也可能通过生长因子支持薄壁细胞的存活。此外，它们还可以通过促进基质细胞（如内皮细胞和成纤维细胞）的增殖和激活，间接支持实质细胞的修复，而基质细胞和成细胞构建了修复和愈合所需的微环境。

巨噬细胞在血管生成和ECM生成中具有重要的调节功能。基质是免疫细胞、血管细胞和成纤维细胞相互作用的地方，基质内发生的细胞过程对炎症、修复和再生至关重要。例如，通过血管生成形成新血管对组织再生和修复是必不可少的(6). ECM的合成和重塑对于支持再生的支架的形成也是至关重要的。此外，ECM控制着其内细胞的生长、增殖、运动、分化和激活的各个方面(1). 事实上，ECM框架的损坏会阻碍再生并导致疤痕形成。因此，正确组织ECM对再生至关重要(1). 在组织损伤后的炎症和愈合过程中，ECM通过动态合成和降解而重塑。例如，骨骼肌损伤后，会出现短暂的ECM沉积(113). 这种暂时的ECM可以稳定组织并作为新肌肉纤维的支架，在再生过程中被分解，并从再生组织中消失。巨噬细胞有助于ECM成分的合成和降解，从而控制ECM动力学。它们表达TGF-β和其他介质，激活成纤维细胞产生ECM成分，并部分通过MMPs的表达控制纤维化的消退(15,127). 相反，ECM成分可能改变巨噬细胞功能和表型(160)强调了巨噬细胞和ECM之间复杂的相互作用，尽管修复和再生过程中这些相互作用的细节尚不清楚。

在本文讨论的不同组织损伤后，通常可以观察到巨噬细胞导致的许多炎症和修复过程。虽然巨噬细胞可能在一个共同主题上发挥一些变化，但也有许多显著差异。例如，由于成人心脏的再生能力非常有限，巨噬细胞似乎已通过瘢痕形成进行快速修复(153). 同样，成人中枢神经系统中的神经元再生能力有限。另一方面，髓鞘再形成，即由新分化自少突胶质细胞前体细胞的髓鞘形成的少突胶质细胞形成髓鞘，可以有力地修复幼年动物的脱髓鞘损伤。巨噬细胞和小胶质细胞在一定程度上通过控制少突胶质前体细胞的增殖和分化，对重髓鞘形成起关键作用(161,162). 因此，巨噬细胞很可能高度调节，以完成修复复杂生物体中各种不同组织结构所需的任务。

那么巨噬细胞组织和损伤特异性是如何赋予的呢？最近的研究揭示了巨噬细胞表观基因组的动态性和灵活性，它可以被微环境动态调节(163,164). 每个组织巨噬细胞都有一个独特的表观基因组，似乎赋予不同的功能特性，在损伤后，这些巨噬细胞表观基因组会受到动态调节。急性损伤后，单核细胞来源的巨噬细胞进入受累组织并占优势。当它们最初进入时，它们的表观基因组不同于组织旁巨噬细胞。表观基因状态和微环境线索的结合很可能形成它们的功能。正如本文所讨论的，巨噬细胞在损伤和修复过程中显著改变其功能。这种时间动态也可能是由环境线索以及细胞自主机制驱动的。在这方面，位置似乎是巨噬细胞功能和任务的关键决定因素。例如，促血管生成巨噬细胞位于血管附近(165). 巨噬细胞与邻近细胞和/或ECM之间的相互作用很可能形成巨噬细胞的特征。因此，很明显，巨噬细胞的功能特征比少数表面标记物所能定义的要多样化得多。为了更好地理解这种多样性，我们需要在单细胞水平分析巨噬细胞的基因表达和定位(166). 巨噬细胞的谱系也可能影响其功能。在这方面，佐藤等。最近发现了一个新的单核细胞/巨噬细胞群体，其发育与循环Ly6C不同^你好单核细胞与促进纤维化(167). 仔细的谱系追踪可能有助于检测单核细胞/巨噬细胞谱系中额外的发育多样性。

在这篇综述中，我们主要关注急性损伤，急性损伤通过良好协调的细胞反应治愈，其中具有时空调节修复程序的巨噬细胞是中心参与者。然而，通常情况下，持续未解决的炎症和修复会逐步重塑组织结构，从而导致组织功能受损。这与心血管疾病等慢性非传染性疾病尤其相关。在这些情况下，巨噬细胞的作用通常是致病性的。本综述未详细阐述巨噬细胞的这些作用。然而，通过比较巨噬细胞的适应和修复功能，我们对巨噬细胞的致病性提出了几个相关问题。例如，为什么巨噬细胞的行为会致病？是什么驱动了致病活动，它们仅仅是程序化反应吗？这些问题的明确答案是难以捉摸的。鉴于巨噬细胞对环境信号具有高度反应性，人们可能会认为，即使在致病过程中，巨噬细胞也只是在发挥其基本上具有适应性的程序。但是，如果巨噬细胞的活动，如ECM的生成，持续时间过长和/或激活频率过高，则该活动可能最终导致病理后果，如纤维化。在许多细胞和ECM之间无组织的相互作用中，可以想象，给予巨噬细胞的环境线索在时空上比协同修复过程中的环境线索更为复杂。也就是说，许多控制巨噬细胞活性的基本程序可能在组织损伤的生理和病理反应中共享。显然，对于巨噬细胞对损伤反应的内源性和外源性调节程序还有很多需要了解，但这些研究为治疗性调节巨噬细胞功能以促进再生和修复、限制病理重塑或逆转慢性疾病中的组织重塑开辟了机会。

基金

本研究部分得到了科研拨款（17K09589至Y.O.；16H05295，17KT0047至I.M.）和创新领域干细胞衰老和疾病科学研究拨款（17H05636至Y.O，17H0562-I.M来自MEXT日本；日本医学研究与发展署（AMED）的JP18gm5910021h0001（致Y.O.）、JP18gm0610011h0404和JP18gm5010002（致I.M.）；MSD基金会、Daiichi Sankyo生命科学基金会、Mochida Memorial Foundation for Medical and Pharmaceutical Research、Daiichi Sankyo生命科学基金会、三井生命社会福利基金会和细胞科学研究基金会（向Y.O.）提供的赠款；武田科学基金会、小野医学研究基金会和SENSHIN医学研究基金（致Y.O.和I.M.）；以及东京生物化学研究基金会、铃木纪念基金会、诺华科学促进基金会、奈藤基金会和上原纪念基金会（给I.M.）的资助。

利益冲突声明：提交人声明没有利益冲突。

参考文献