引用本文： 許晨露, 余丹, 朱慧勇. 創面愈合中力學刺激對巨噬細胞極化調控作用的研究進展. 中國修復重建外科雜志, 2022, 36(8): 1041-1046. doi: 10.7507/1002-1892.202201028 復制
版權信息： ?四川大學華西醫院華西期刊社《中國修復重建外科雜志》版權所有，未經授權不得轉載、改編
巨噬細胞作為單核-巨噬細胞系統的重要組成部分，參與機體的固有免疫。巨噬細胞有促炎型（M1型）和抗炎型（M2型）兩種表型，不同環境刺激下細胞呈現不同的活化表型并發揮相應功能，該現象被稱為“巨噬細胞極化”。巨噬細胞分為組織內的常駐巨噬細胞和來自血液循環中單核細胞的巨噬細胞兩種。組織內的常駐巨噬細胞在不同微環境下具有不同功能，但共同維持微環境穩態，且常進行自我更新以維持細胞數量穩定[1]。當機體發生創傷時，血液循環中的單核細胞滲透入損傷部位，并分化為大量巨噬細胞，以喚醒機體免疫應答，進而進行病原體清除和主導組織修復。
穩態下的組織和細胞處于一個微機械環境下，其功能受機械刺激的調節。既往研究表明機械刺激（機械力及周圍環境的機械性能）能維持或改變細胞內的三維骨架結構，進而影響細胞增殖、分化及遷移等功能[2-3]。本文旨在分析巨噬細胞不同表型及其在創面愈合中的作用、力學刺激在巨噬細胞表型轉化中的調控作用，并探討組織工程中利用力學刺激調控巨噬細胞極化的可能性，為后續研究提供參考。
1 巨噬細胞表型
參與創傷修復的巨噬細胞被分為M1型和M2型兩種[4]。M1型細胞表達CD86等表面標志物，主要由輔助性T淋巴細胞亞群Th1和NK細胞分泌的 γ干擾素（interferon γ，IFN-γ）和TNF-α激活。該型巨噬細胞能分泌大量促炎介質，如TNF-α、誘導型一氧化氮合酶及IL-1、IL-6、IL-12等[5-6]，故也被稱為“經典活化型”巨噬細胞。
M2型細胞主要由IL-4、IL-10或IL-13激活，表達CD206等表面標志物，分泌的促炎介質較少，分泌的精氨酸酶能夠抑制NO的釋放，故其殺菌能力弱于M1型細胞，抗原呈遞能力也較弱。但該型巨噬細胞分泌的各種生長因子、蛋白酶及蛋白酶抑制劑能促進炎癥消退以及修復性細胞（內皮細胞、成纖維細胞等）增殖、血管生成及細胞外基質重塑，故也被稱為“替代性活化型”巨噬細胞。此外，M2型細胞具有M2a、M2b、M2c、M2d 4種亞型。M2a亞型分泌促纖維化因子，在膠原生成和創面收縮中起重要作用；M2b亞型同時分泌促炎和抗炎因子，作為炎癥調控亞型發揮作用；M2c亞型除具有抗炎和促纖維化作用之外，還可起到吞噬凋亡細胞的作用；M2d亞型又稱為“腫瘤相關巨噬細胞”，可促進血管生成和腫瘤轉移[7-9]。
巨噬細胞具有高度可塑性，M1型細胞經IL-4和IL-13混合物刺激后，可向M2型轉化；同樣M2型細胞經脂多糖或IFN-γ刺激后，可向M1型轉化[10]。組織工程可利用細胞可塑性，選擇性調控巨噬細胞極化，以獲得利于組織再生的細胞極化狀態。研究已證明化學因素（如細胞因子、生長因子等）、物理因素（如基質形貌、硬度、粗糙度等）以及機械因素（如負載力等），均會影響巨噬細胞極化[11]，但如何精準控制巨噬細胞極化程度以及極化時間仍是需解決的難題。
2 巨噬細胞與組織工程
組織損傷愈合過程分為炎癥期、增殖期和重塑期3個階段[12]，巨噬細胞在整個過程中持續存在且發揮主導作用。組織損傷后，血小板迅速聚集以發揮止血作用，同時血小板和組織內的肥大細胞進行脫顆粒，直接激活創傷部位的固有免疫系統，引起多種炎癥介質及生長因子釋放。炎癥早期，損傷后產生的因子，如激活的補體、血小板脫顆粒釋放的因子和趨化因子等被釋放，以募集血液循環中的中性粒細胞；待中性粒細胞浸潤組織后，將招募血液循環中的單核細胞進入創傷區域，單核細胞隨后分化為巨噬細胞，巨噬細胞隨即發揮吞噬病原的作用，并分泌大量細胞因子及炎癥介質。炎癥后期，炎癥消退和白細胞減少后，巨噬細胞刺激成纖維細胞、內皮細胞和角質細胞增生，組織進入增殖期[13-15]，此期內可有大量膠原沉積和新生血管生成。重塑期，大多數巨噬細胞、內皮細胞及肌成纖維細胞凋亡，成纖維細胞和基質金屬蛋白酶則調節膠原的生成和降解，進而調控細胞外基質成分。
創面愈合是一個動態過程，雖然被人為分為3個階段，但每個階段都沒有明確的時間定義，且每個階段都存在細胞組成及功能的重疊[12]。而整個過程中巨噬細胞的功能更替對創面修復起著關鍵作用[16]。Chen等[17]的研究發現，受傷后7～14 d 創面M1型細胞逐漸增多并達峰值；而M2型細胞早期數量保持穩定，14～18 d后逐漸增多并達到峰值。該研究結果證實了M1型細胞出現在炎癥早期，而此后的損傷修復則以M2型細胞為主。整個創面修復過程中，兩種表型巨噬細胞可相互轉化并保持平衡。
促進組織修復的生物材料常在組織愈合炎癥期植入創面[18]。生物材料植入體內可引起異物反應，材料表面將會發生血漿蛋白質吸附，進而產生一種包含補體、血小板、免疫細胞、多種細胞因子和趨化因子的臨時微環境，招募多種炎癥細胞至損傷部位，引起急性和慢性炎癥。中性粒細胞及肥大細胞主導的急性炎癥一般在1周內消退，并可致肉芽組織增生和組織修復；而由單核-巨噬細胞主導的慢性炎癥會引發巨噬細胞聚集融合，形成多核巨細胞，持續慢性炎癥將損傷鄰近組織，并導致植入物周圍纖維囊形成，最終造成植入失敗[4，19-20]。破壞巨噬細胞由M1型向M2型轉化進程，可導致M1型細胞滯留，從而引起慢性炎癥。為此，為實現組織修復與再生，巨噬細胞極化需要得到精確控制。
3 力學刺激對巨噬細胞極化的調控
力學刺激對于維持細胞穩態起重要作用，參與了巨噬細胞形態、表型及功能的調控。血液中的單核細胞受血流剪切力的影響保持滾動狀態或附著于內皮細胞。在受到異常剪切力時，附著于內皮細胞的單核細胞增多且向M1型轉化增強，可引起動脈粥樣硬化等疾病[21]；巨噬細胞能根據不同的剪切力調整形態和功能，以應對該力學刺激[22]。以上情況充分體現了機械環境在巨噬細胞功能調控中發揮重要作用。Adams等[23]的研究證明，巨噬細胞表型僅是一種短暫的存在形式，細胞受到不同環境刺激（包括化學、物理和機械刺激）時可互相轉化。目前，對于化學刺激（主要為前述的可溶性細胞因子等）和物理刺激（細胞外基質硬度、粗糙度等）對巨噬細胞極化的作用已較明確，機械刺激對巨噬細胞極化的影響尚無明確結論[24]。
3.1 力學刺激直接作用調控巨噬細胞極化
巨噬細胞主要受剪切力、拉伸力和壓縮力的調控[25-26]。剪切力的相關研究常采用脈管系統模型。穩定、層流的血液對血管產生剪切力，正常動脈模型中每個心動周期頸動脈的剪切力穩定在1.5～7.0 Pa之間，而動脈粥樣硬化區為1.0～1.5 Pa，此時巨噬細胞表達一氧化氮合酶增多，促進巨噬細胞向促炎表型M1型轉化[27-28]。Fahy等 [29]的研究中連續3 d對人THP1-BlueTM單核細胞施加1 h、1 Hz、±25° 剪切力，結果細胞IL-6、IL-8等促炎因子表達升高，提示其向M1型細胞轉化。Wissing等[30]對人THP-1來源單核細胞施加約1 Pa剪切力，發現與靜態培養細胞相比，細胞第8天時高表達促炎因子TNF、單核細胞趨化蛋白1及抗炎因子IL-10，TGF-β則無明顯差異；而同時施加1 Pa剪切力和8%循環拉伸力后，細胞促炎因子表達進一步提高，提示剪切力和拉伸力相結合時可促進巨噬細胞向M1型轉化。
流體靜壓力對巨噬細胞調控作用的相關研究發現，其促進巨噬細胞向M1型轉化與力學刺激頻率相關，即高頻率壓力更易使巨噬細胞轉為促炎表型[31]。此外，人單核細胞源性巨噬細胞在受到34.5×10–3 MPa（開啟2 s，關閉2 s）的體外周期性靜水壓刺激后，可以分化為破骨細胞[32]。
肌肉骨骼系統中的巨噬細胞主要受單軸或雙軸拉伸力的調控[23]。拉伸力促進骨骼再生已被證實[33]，在毛發再生中也至關重要。Chu等[2]給小鼠皮膚分別施加20%、33%、40%拉伸力，發現當拉伸力達33%及以上時，整個拉伸區域內出現毛發再生，此外拉伸需持續7 d以上才能觀察到毛發再生現象。該研究進一步發現皮膚拉伸時巨噬細胞增加，33%拉伸力作用1～7 d時M2型細胞占比逐漸增加，而選擇性去除M2型細胞后毛發再生受阻，提示拉伸力通過促進巨噬細胞向M2型轉化，進而誘導毛發再生。Dong等[34]進一步探究了巨噬細胞向M2型轉化的拉伸力條件，發現5%低強度拉伸力能促進細胞向M2型轉化，15%高強度拉伸力促進細胞向M1型轉化。陳咪咪等[35]的研究也顯示經5%低強度拉伸后，小鼠RW264.7細胞CD206表達增高，提示巨噬細胞向抗炎型轉化。
以上研究表明，無論機械力種類、大小、振幅以及受力時間如何變化，機械力均會促使巨噬細胞向抗炎或促炎表型轉化（表1）。學者們將這一發現應用于組織工程研究，獲得了較好成果。例如，Dong等[34]將小鼠BMSCs與已在1 Hz、5%拉伸力下培養12 h的巨噬細胞共培養，發現BMSCs成骨分化能力提高。Liang等[36]采用0.5 Hz、10%拉伸力誘導小鼠骨髓源性巨噬細胞向M2型轉化，轉化后的巨噬細胞能促進骨縫成骨。上述研究結果提示機械力調控巨噬細胞極化在組織工程中具有巨大應用潛力。
表1
力學刺激對巨噬細胞極化直接調控作用的研究
Table1.
Summary of studies on the direct regulation of mechanical stimulation on macrophage polarization
但目前研究存在三方面不足：第一，研究以體外實驗為主，缺少體內實驗驗證。第二，研究的實驗條件（如施力裝置、細胞培養環境等）不統一，造成結果差異。第三，細胞來源不同，因人巨噬細胞較難獲得，研究大多采用動物來源細胞，但細胞對力學刺激反應可能存在物種差異[16]；而且不同組織來源的巨噬細胞作用不同，如肺泡中的巨噬細胞主要發揮免疫檢測、病原識別作用，而脂肪組織中的巨噬細胞則可調節適應性產熱，因此對相同類型力學刺激可能獲得不同結果，導致相關研究結果缺少可比性。
3.2 力學刺激間接作用調控巨噬細胞極化
力學刺激可通過調控體內其他細胞功能間接調控巨噬細胞極化，即機械外力影響細胞間互相作用。
Dziki等[37]將成肌細胞培養于Ⅰ型膠原覆蓋的培養基內，利用F-4000 FlexCell機器施加5 h、10%拉伸力后，加入人骨髓源性巨噬細胞，觀察巨噬細胞極化情況；又在該拉伸力刺激巨噬細胞5 h后，加入成肌細胞，觀察成肌細胞功能變化。結果表明受機械力刺激后的成肌細胞促進巨噬細胞向抗炎表型轉化，同時受機械力刺激后的巨噬細胞促進成肌細胞趨化與分化。Schoenenberger等[38]對人THP-1細胞系來源的巨噬細胞施加8 h、1 Hz、7%循環拉伸力，發現細胞傾向于表達更多炎癥因子。巨噬細胞與人肌腱成纖維細胞（human tendon fibroblasts，hTFs）在無外力條件下共培養24 h后，表現向M1型轉化；此后施加7%循環拉伸力培養24 h后，M2型細胞表面標志物表達增加，提示機械力通過影響hTFs功能，進而影響巨噬細胞極化。此外，該研究還發現巨噬細胞分泌的炎癥因子IL-1β具有抑制肌腱愈合的作用，相比無外力作用下培養的hTFs，外力作用下培養的hTFs受IL-1β的影響更小，即機械力-hTFs-巨噬細胞間可相互作用，影響體內免疫環境及肌腱愈合。Battiston等[39]檢測了在1 Hz、10%循環拉伸力作用下，單核細胞單獨培養、人冠狀動脈平滑肌細胞（human coronary artery smooth muscle cells，VSMCs）單獨培養、VSMCs和人單核細胞共培養2周及4周后M2/M1細胞比例。結果顯示與單獨培養相比，共培養2周后M2/M1細胞比例更高，但4周后兩者接近；且共培養后細胞表達的Ⅰ、Ⅲ型膠原纖維和彈性纖維增多。而早期促進M1型細胞向M2型轉化，可減輕組織損傷，促進早期修復。
組織工程支架中負載MSCs可促進M1型細胞及內皮祖細胞募集，進而引起早期血管化[40]，促進成骨及創面愈合等。促使M1型細胞轉化為M2型是組織修復成功的關鍵，研究表明可通過促進MSCs分泌前列腺素 E2等細胞因子，誘導M1型細胞向M2型轉化 [41]。目前，有研究采用在組織工程支架負載生物化學制劑，以選擇性誘導MSCs分泌預期因子[42]，但存在誘導結果不確定性和生物化學制劑可能具有免疫原性的問題。而通過給予機械力誘導巨噬細胞極化可以避免上述問題，但需要進一步研究如何精確控制機械力種類、大小、頻率及時間。此外，組織工程用于體內時由于內源性機械力的存在，可能會影響外源性機械力，其作用可能被削弱甚至反轉，故下一步需要在動態環境中探索施加外源性機械力后共培養細胞的變化。
4 展望
創面愈合過程中M2型細胞的組織修復和重塑作用必不可少，而M1型細胞的吞噬功能也不可或缺[43-44]。根據不同疾病選擇性誘導特定巨噬細胞表型是可行的思路。相比M1型細胞的促炎作用，M2型細胞抗炎促修復作用是組織工程中實現組織修復所必須的，因此研究者更傾向于控制條件以獲取M2型細胞[45]。體外實驗也已證明，不同類型、大小及振幅的機械力可直接誘導或通過影響非巨噬細胞功能間接誘導巨噬細胞向M2型轉化并促進組織再生，但具體作用方向及機制尚不明確，需要進一步闡明。結合機械力對巨噬細胞極化的影響，機械環境下非巨噬細胞的功能及分泌因子對巨噬細胞極化的調節作用及作用機制、如何利用這一調節作用均是今后研究方向。
利益沖突 在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突；課題經費沒有影響文章觀點
作者貢獻聲明 許晨露：文獻檢索、資料歸納整理和文章撰寫；余丹：綜述設計及邏輯把控；朱慧勇：文章修訂、校對
巨噬細胞作為單核-巨噬細胞系統的重要組成部分，參與機體的固有免疫。巨噬細胞有促炎型（M1型）和抗炎型（M2型）兩種表型，不同環境刺激下細胞呈現不同的活化表型并發揮相應功能，該現象被稱為“巨噬細胞極化”。巨噬細胞分為組織內的常駐巨噬細胞和來自血液循環中單核細胞的巨噬細胞兩種。組織內的常駐巨噬細胞在不同微環境下具有不同功能，但共同維持微環境穩態，且常進行自我更新以維持細胞數量穩定[1]。當機體發生創傷時，血液循環中的單核細胞滲透入損傷部位，并分化為大量巨噬細胞，以喚醒機體免疫應答，進而進行病原體清除和主導組織修復。
穩態下的組織和細胞處于一個微機械環境下，其功能受機械刺激的調節。既往研究表明機械刺激（機械力及周圍環境的機械性能）能維持或改變細胞內的三維骨架結構，進而影響細胞增殖、分化及遷移等功能[2-3]。本文旨在分析巨噬細胞不同表型及其在創面愈合中的作用、力學刺激在巨噬細胞表型轉化中的調控作用，并探討組織工程中利用力學刺激調控巨噬細胞極化的可能性，為后續研究提供參考。
1 巨噬細胞表型
參與創傷修復的巨噬細胞被分為M1型和M2型兩種[4]。M1型細胞表達CD86等表面標志物，主要由輔助性T淋巴細胞亞群Th1和NK細胞分泌的 γ干擾素（interferon γ，IFN-γ）和TNF-α激活。該型巨噬細胞能分泌大量促炎介質，如TNF-α、誘導型一氧化氮合酶及IL-1、IL-6、IL-12等[5-6]，故也被稱為“經典活化型”巨噬細胞。
M2型細胞主要由IL-4、IL-10或IL-13激活，表達CD206等表面標志物，分泌的促炎介質較少，分泌的精氨酸酶能夠抑制NO的釋放，故其殺菌能力弱于M1型細胞，抗原呈遞能力也較弱。但該型巨噬細胞分泌的各種生長因子、蛋白酶及蛋白酶抑制劑能促進炎癥消退以及修復性細胞（內皮細胞、成纖維細胞等）增殖、血管生成及細胞外基質重塑，故也被稱為“替代性活化型”巨噬細胞。此外，M2型細胞具有M2a、M2b、M2c、M2d 4種亞型。M2a亞型分泌促纖維化因子，在膠原生成和創面收縮中起重要作用；M2b亞型同時分泌促炎和抗炎因子，作為炎癥調控亞型發揮作用；M2c亞型除具有抗炎和促纖維化作用之外，還可起到吞噬凋亡細胞的作用；M2d亞型又稱為“腫瘤相關巨噬細胞”，可促進血管生成和腫瘤轉移[7-9]。
巨噬細胞具有高度可塑性，M1型細胞經IL-4和IL-13混合物刺激后，可向M2型轉化；同樣M2型細胞經脂多糖或IFN-γ刺激后，可向M1型轉化[10]。組織工程可利用細胞可塑性，選擇性調控巨噬細胞極化，以獲得利于組織再生的細胞極化狀態。研究已證明化學因素（如細胞因子、生長因子等）、物理因素（如基質形貌、硬度、粗糙度等）以及機械因素（如負載力等），均會影響巨噬細胞極化[11]，但如何精準控制巨噬細胞極化程度以及極化時間仍是需解決的難題。
2 巨噬細胞與組織工程
組織損傷愈合過程分為炎癥期、增殖期和重塑期3個階段[12]，巨噬細胞在整個過程中持續存在且發揮主導作用。組織損傷后，血小板迅速聚集以發揮止血作用，同時血小板和組織內的肥大細胞進行脫顆粒，直接激活創傷部位的固有免疫系統，引起多種炎癥介質及生長因子釋放。炎癥早期，損傷后產生的因子，如激活的補體、血小板脫顆粒釋放的因子和趨化因子等被釋放，以募集血液循環中的中性粒細胞；待中性粒細胞浸潤組織后，將招募血液循環中的單核細胞進入創傷區域，單核細胞隨后分化為巨噬細胞，巨噬細胞隨即發揮吞噬病原的作用，并分泌大量細胞因子及炎癥介質。炎癥后期，炎癥消退和白細胞減少后，巨噬細胞刺激成纖維細胞、內皮細胞和角質細胞增生，組織進入增殖期[13-15]，此期內可有大量膠原沉積和新生血管生成。重塑期，大多數巨噬細胞、內皮細胞及肌成纖維細胞凋亡，成纖維細胞和基質金屬蛋白酶則調節膠原的生成和降解，進而調控細胞外基質成分。
創面愈合是一個動態過程，雖然被人為分為3個階段，但每個階段都沒有明確的時間定義，且每個階段都存在細胞組成及功能的重疊[12]。而整個過程中巨噬細胞的功能更替對創面修復起著關鍵作用[16]。Chen等[17]的研究發現，受傷后7～14 d 創面M1型細胞逐漸增多并達峰值；而M2型細胞早期數量保持穩定，14～18 d后逐漸增多并達到峰值。該研究結果證實了M1型細胞出現在炎癥早期，而此后的損傷修復則以M2型細胞為主。整個創面修復過程中，兩種表型巨噬細胞可相互轉化并保持平衡。
促進組織修復的生物材料常在組織愈合炎癥期植入創面[18]。生物材料植入體內可引起異物反應，材料表面將會發生血漿蛋白質吸附，進而產生一種包含補體、血小板、免疫細胞、多種細胞因子和趨化因子的臨時微環境，招募多種炎癥細胞至損傷部位，引起急性和慢性炎癥。中性粒細胞及肥大細胞主導的急性炎癥一般在1周內消退，并可致肉芽組織增生和組織修復；而由單核-巨噬細胞主導的慢性炎癥會引發巨噬細胞聚集融合，形成多核巨細胞，持續慢性炎癥將損傷鄰近組織，并導致植入物周圍纖維囊形成，最終造成植入失敗[4，19-20]。破壞巨噬細胞由M1型向M2型轉化進程，可導致M1型細胞滯留，從而引起慢性炎癥。為此，為實現組織修復與再生，巨噬細胞極化需要得到精確控制。
3 力學刺激對巨噬細胞極化的調控
力學刺激對于維持細胞穩態起重要作用，參與了巨噬細胞形態、表型及功能的調控。血液中的單核細胞受血流剪切力的影響保持滾動狀態或附著于內皮細胞。在受到異常剪切力時，附著于內皮細胞的單核細胞增多且向M1型轉化增強，可引起動脈粥樣硬化等疾病[21]；巨噬細胞能根據不同的剪切力調整形態和功能，以應對該力學刺激[22]。以上情況充分體現了機械環境在巨噬細胞功能調控中發揮重要作用。Adams等[23]的研究證明，巨噬細胞表型僅是一種短暫的存在形式，細胞受到不同環境刺激（包括化學、物理和機械刺激）時可互相轉化。目前，對于化學刺激（主要為前述的可溶性細胞因子等）和物理刺激（細胞外基質硬度、粗糙度等）對巨噬細胞極化的作用已較明確，機械刺激對巨噬細胞極化的影響尚無明確結論[24]。
3.1 力學刺激直接作用調控巨噬細胞極化
巨噬細胞主要受剪切力、拉伸力和壓縮力的調控[25-26]。剪切力的相關研究常采用脈管系統模型。穩定、層流的血液對血管產生剪切力，正常動脈模型中每個心動周期頸動脈的剪切力穩定在1.5～7.0 Pa之間，而動脈粥樣硬化區為1.0～1.5 Pa，此時巨噬細胞表達一氧化氮合酶增多，促進巨噬細胞向促炎表型M1型轉化[27-28]。Fahy等 [29]的研究中連續3 d對人THP1-BlueTM單核細胞施加1 h、1 Hz、±25° 剪切力，結果細胞IL-6、IL-8等促炎因子表達升高，提示其向M1型細胞轉化。Wissing等[30]對人THP-1來源單核細胞施加約1 Pa剪切力，發現與靜態培養細胞相比，細胞第8天時高表達促炎因子TNF、單核細胞趨化蛋白1及抗炎因子IL-10，TGF-β則無明顯差異；而同時施加1 Pa剪切力和8%循環拉伸力后，細胞促炎因子表達進一步提高，提示剪切力和拉伸力相結合時可促進巨噬細胞向M1型轉化。
流體靜壓力對巨噬細胞調控作用的相關研究發現，其促進巨噬細胞向M1型轉化與力學刺激頻率相關，即高頻率壓力更易使巨噬細胞轉為促炎表型[31]。此外，人單核細胞源性巨噬細胞在受到34.5×10–3 MPa（開啟2 s，關閉2 s）的體外周期性靜水壓刺激后，可以分化為破骨細胞[32]。
肌肉骨骼系統中的巨噬細胞主要受單軸或雙軸拉伸力的調控[23]。拉伸力促進骨骼再生已被證實[33]，在毛發再生中也至關重要。Chu等[2]給小鼠皮膚分別施加20%、33%、40%拉伸力，發現當拉伸力達33%及以上時，整個拉伸區域內出現毛發再生，此外拉伸需持續7 d以上才能觀察到毛發再生現象。該研究進一步發現皮膚拉伸時巨噬細胞增加，33%拉伸力作用1～7 d時M2型細胞占比逐漸增加，而選擇性去除M2型細胞后毛發再生受阻，提示拉伸力通過促進巨噬細胞向M2型轉化，進而誘導毛發再生。Dong等[34]進一步探究了巨噬細胞向M2型轉化的拉伸力條件，發現5%低強度拉伸力能促進細胞向M2型轉化，15%高強度拉伸力促進細胞向M1型轉化。陳咪咪等[35]的研究也顯示經5%低強度拉伸后，小鼠RW264.7細胞CD206表達增高，提示巨噬細胞向抗炎型轉化。
以上研究表明，無論機械力種類、大小、振幅以及受力時間如何變化，機械力均會促使巨噬細胞向抗炎或促炎表型轉化（表1）。學者們將這一發現應用于組織工程研究，獲得了較好成果。例如，Dong等[34]將小鼠BMSCs與已在1 Hz、5%拉伸力下培養12 h的巨噬細胞共培養，發現BMSCs成骨分化能力提高。Liang等[36]采用0.5 Hz、10%拉伸力誘導小鼠骨髓源性巨噬細胞向M2型轉化，轉化后的巨噬細胞能促進骨縫成骨。上述研究結果提示機械力調控巨噬細胞極化在組織工程中具有巨大應用潛力。
表1
力學刺激對巨噬細胞極化直接調控作用的研究
Table1.
Summary of studies on the direct regulation of mechanical stimulation on macrophage polarization
但目前研究存在三方面不足：第一，研究以體外實驗為主，缺少體內實驗驗證。第二，研究的實驗條件（如施力裝置、細胞培養環境等）不統一，造成結果差異。第三，細胞來源不同，因人巨噬細胞較難獲得，研究大多采用動物來源細胞，但細胞對力學刺激反應可能存在物種差異[16]；而且不同組織來源的巨噬細胞作用不同，如肺泡中的巨噬細胞主要發揮免疫檢測、病原識別作用，而脂肪組織中的巨噬細胞則可調節適應性產熱，因此對相同類型力學刺激可能獲得不同結果，導致相關研究結果缺少可比性。
3.2 力學刺激間接作用調控巨噬細胞極化
力學刺激可通過調控體內其他細胞功能間接調控巨噬細胞極化，即機械外力影響細胞間互相作用。
Dziki等[37]將成肌細胞培養于Ⅰ型膠原覆蓋的培養基內，利用F-4000 FlexCell機器施加5 h、10%拉伸力后，加入人骨髓源性巨噬細胞，觀察巨噬細胞極化情況；又在該拉伸力刺激巨噬細胞5 h后，加入成肌細胞，觀察成肌細胞功能變化。結果表明受機械力刺激后的成肌細胞促進巨噬細胞向抗炎表型轉化，同時受機械力刺激后的巨噬細胞促進成肌細胞趨化與分化。Schoenenberger等[38]對人THP-1細胞系來源的巨噬細胞施加8 h、1 Hz、7%循環拉伸力，發現細胞傾向于表達更多炎癥因子。巨噬細胞與人肌腱成纖維細胞（human tendon fibroblasts，hTFs）在無外力條件下共培養24 h后，表現向M1型轉化；此后施加7%循環拉伸力培養24 h后，M2型細胞表面標志物表達增加，提示機械力通過影響hTFs功能，進而影響巨噬細胞極化。此外，該研究還發現巨噬細胞分泌的炎癥因子IL-1β具有抑制肌腱愈合的作用，相比無外力作用下培養的hTFs，外力作用下培養的hTFs受IL-1β的影響更小，即機械力-hTFs-巨噬細胞間可相互作用，影響體內免疫環境及肌腱愈合。Battiston等[39]檢測了在1 Hz、10%循環拉伸力作用下，單核細胞單獨培養、人冠狀動脈平滑肌細胞（human coronary artery smooth muscle cells，VSMCs）單獨培養、VSMCs和人單核細胞共培養2周及4周后M2/M1細胞比例。結果顯示與單獨培養相比，共培養2周后M2/M1細胞比例更高，但4周后兩者接近；且共培養后細胞表達的Ⅰ、Ⅲ型膠原纖維和彈性纖維增多。而早期促進M1型細胞向M2型轉化，可減輕組織損傷，促進早期修復。
組織工程支架中負載MSCs可促進M1型細胞及內皮祖細胞募集，進而引起早期血管化[40]，促進成骨及創面愈合等。促使M1型細胞轉化為M2型是組織修復成功的關鍵，研究表明可通過促進MSCs分泌前列腺素 E2等細胞因子，誘導M1型細胞向M2型轉化 [41]。目前，有研究采用在組織工程支架負載生物化學制劑，以選擇性誘導MSCs分泌預期因子[42]，但存在誘導結果不確定性和生物化學制劑可能具有免疫原性的問題。而通過給予機械力誘導巨噬細胞極化可以避免上述問題，但需要進一步研究如何精確控制機械力種類、大小、頻率及時間。此外，組織工程用于體內時由于內源性機械力的存在，可能會影響外源性機械力，其作用可能被削弱甚至反轉，故下一步需要在動態環境中探索施加外源性機械力后共培養細胞的變化。
4 展望
創面愈合過程中M2型細胞的組織修復和重塑作用必不可少，而M1型細胞的吞噬功能也不可或缺[43-44]。根據不同疾病選擇性誘導特定巨噬細胞表型是可行的思路。相比M1型細胞的促炎作用，M2型細胞抗炎促修復作用是組織工程中實現組織修復所必須的，因此研究者更傾向于控制條件以獲取M2型細胞[45]。體外實驗也已證明，不同類型、大小及振幅的機械力可直接誘導或通過影響非巨噬細胞功能間接誘導巨噬細胞向M2型轉化并促進組織再生，但具體作用方向及機制尚不明確，需要進一步闡明。結合機械力對巨噬細胞極化的影響，機械環境下非巨噬細胞的功能及分泌因子對巨噬細胞極化的調節作用及作用機制、如何利用這一調節作用均是今后研究方向。
利益沖突 在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突；課題經費沒有影響文章觀點
作者貢獻聲明 許晨露：文獻檢索、資料歸納整理和文章撰寫；余丹：綜述設計及邏輯把控；朱慧勇：文章修訂、校對
