引用本文： 许晨露, 余丹, 朱慧勇. 创面愈合中力学刺激对巨噬细胞极化调控作用的研究进展. 中国修复重建外科杂志, 2022, 36(8): 1041-1046. doi: 10.7507/1002-1892.202201028 复制
巨噬细胞作为单核-巨噬细胞系统的重要组成部分，参与机体的固有免疫。巨噬细胞有促炎型（M1型）和抗炎型（M2型）两种表型，不同环境刺激下细胞呈现不同的活化表型并发挥相应功能，该现象被称为“巨噬细胞极化”。巨噬细胞分为组织内的常驻巨噬细胞和来自血液循环中单核细胞的巨噬细胞两种。组织内的常驻巨噬细胞在不同微环境下具有不同功能，但共同维持微环境稳态，且常进行自我更新以维持细胞数量稳定[1]。当机体发生创伤时，血液循环中的单核细胞渗透入损伤部位，并分化为大量巨噬细胞，以唤醒机体免疫应答，进而进行病原体清除和主导组织修复。
稳态下的组织和细胞处于一个微机械环境下，其功能受机械刺激的调节。既往研究表明机械刺激（机械力及周围环境的机械性能）能维持或改变细胞内的三维骨架结构，进而影响细胞增殖、分化及迁移等功能[2-3]。本文旨在分析巨噬细胞不同表型及其在创面愈合中的作用、力学刺激在巨噬细胞表型转化中的调控作用，并探讨组织工程中利用力学刺激调控巨噬细胞极化的可能性，为后续研究提供参考。
1 巨噬细胞表型
参与创伤修复的巨噬细胞被分为M1型和M2型两种[4]。M1型细胞表达CD86等表面标志物，主要由辅助性T淋巴细胞亚群Th1和NK细胞分泌的 γ干扰素（interferon γ，IFN-γ）和TNF-α激活。该型巨噬细胞能分泌大量促炎介质，如TNF-α、诱导型一氧化氮合酶及IL-1、IL-6、IL-12等[5-6]，故也被称为“经典活化型”巨噬细胞。
M2型细胞主要由IL-4、IL-10或IL-13激活，表达CD206等表面标志物，分泌的促炎介质较少，分泌的精氨酸酶能够抑制NO的释放，故其杀菌能力弱于M1型细胞，抗原呈递能力也较弱。但该型巨噬细胞分泌的各种生长因子、蛋白酶及蛋白酶抑制剂能促进炎症消退以及修复性细胞（内皮细胞、成纤维细胞等）增殖、血管生成及细胞外基质重塑，故也被称为“替代性活化型”巨噬细胞。此外，M2型细胞具有M2a、M2b、M2c、M2d 4种亚型。M2a亚型分泌促纤维化因子，在胶原生成和创面收缩中起重要作用；M2b亚型同时分泌促炎和抗炎因子，作为炎症调控亚型发挥作用；M2c亚型除具有抗炎和促纤维化作用之外，还可起到吞噬凋亡细胞的作用；M2d亚型又称为“肿瘤相关巨噬细胞”，可促进血管生成和肿瘤转移[7-9]。
巨噬细胞具有高度可塑性，M1型细胞经IL-4和IL-13混合物刺激后，可向M2型转化；同样M2型细胞经脂多糖或IFN-γ刺激后，可向M1型转化[10]。组织工程可利用细胞可塑性，选择性调控巨噬细胞极化，以获得利于组织再生的细胞极化状态。研究已证明化学因素（如细胞因子、生长因子等）、物理因素（如基质形貌、硬度、粗糙度等）以及机械因素（如负载力等），均会影响巨噬细胞极化[11]，但如何精准控制巨噬细胞极化程度以及极化时间仍是需解决的难题。
2 巨噬细胞与组织工程
组织损伤愈合过程分为炎症期、增殖期和重塑期3个阶段[12]，巨噬细胞在整个过程中持续存在且发挥主导作用。组织损伤后，血小板迅速聚集以发挥止血作用，同时血小板和组织内的肥大细胞进行脱颗粒，直接激活创伤部位的固有免疫系统，引起多种炎症介质及生长因子释放。炎症早期，损伤后产生的因子，如激活的补体、血小板脱颗粒释放的因子和趋化因子等被释放，以募集血液循环中的中性粒细胞；待中性粒细胞浸润组织后，将招募血液循环中的单核细胞进入创伤区域，单核细胞随后分化为巨噬细胞，巨噬细胞随即发挥吞噬病原的作用，并分泌大量细胞因子及炎症介质。炎症后期，炎症消退和白细胞减少后，巨噬细胞刺激成纤维细胞、内皮细胞和角质细胞增生，组织进入增殖期[13-15]，此期内可有大量胶原沉积和新生血管生成。重塑期，大多数巨噬细胞、内皮细胞及肌成纤维细胞凋亡，成纤维细胞和基质金属蛋白酶则调节胶原的生成和降解，进而调控细胞外基质成分。
创面愈合是一个动态过程，虽然被人为分为3个阶段，但每个阶段都没有明确的时间定义，且每个阶段都存在细胞组成及功能的重叠[12]。而整个过程中巨噬细胞的功能更替对创面修复起着关键作用[16]。Chen等[17]的研究发现，受伤后7～14 d 创面M1型细胞逐渐增多并达峰值；而M2型细胞早期数量保持稳定，14～18 d后逐渐增多并达到峰值。该研究结果证实了M1型细胞出现在炎症早期，而此后的损伤修复则以M2型细胞为主。整个创面修复过程中，两种表型巨噬细胞可相互转化并保持平衡。
促进组织修复的生物材料常在组织愈合炎症期植入创面[18]。生物材料植入体内可引起异物反应，材料表面将会发生血浆蛋白质吸附，进而产生一种包含补体、血小板、免疫细胞、多种细胞因子和趋化因子的临时微环境，招募多种炎症细胞至损伤部位，引起急性和慢性炎症。中性粒细胞及肥大细胞主导的急性炎症一般在1周内消退，并可致肉芽组织增生和组织修复；而由单核-巨噬细胞主导的慢性炎症会引发巨噬细胞聚集融合，形成多核巨细胞，持续慢性炎症将损伤邻近组织，并导致植入物周围纤维囊形成，最终造成植入失败[4，19-20]。破坏巨噬细胞由M1型向M2型转化进程，可导致M1型细胞滞留，从而引起慢性炎症。为此，为实现组织修复与再生，巨噬细胞极化需要得到精确控制。
3 力学刺激对巨噬细胞极化的调控
力学刺激对于维持细胞稳态起重要作用，参与了巨噬细胞形态、表型及功能的调控。血液中的单核细胞受血流剪切力的影响保持滚动状态或附着于内皮细胞。在受到异常剪切力时，附着于内皮细胞的单核细胞增多且向M1型转化增强，可引起动脉粥样硬化等疾病[21]；巨噬细胞能根据不同的剪切力调整形态和功能，以应对该力学刺激[22]。以上情况充分体现了机械环境在巨噬细胞功能调控中发挥重要作用。Adams等[23]的研究证明，巨噬细胞表型仅是一种短暂的存在形式，细胞受到不同环境刺激（包括化学、物理和机械刺激）时可互相转化。目前，对于化学刺激（主要为前述的可溶性细胞因子等）和物理刺激（细胞外基质硬度、粗糙度等）对巨噬细胞极化的作用已较明确，机械刺激对巨噬细胞极化的影响尚无明确结论[24]。
3.1 力学刺激直接作用调控巨噬细胞极化
巨噬细胞主要受剪切力、拉伸力和压缩力的调控[25-26]。剪切力的相关研究常采用脉管系统模型。稳定、层流的血液对血管产生剪切力，正常动脉模型中每个心动周期颈动脉的剪切力稳定在1.5～7.0 Pa之间，而动脉粥样硬化区为1.0～1.5 Pa，此时巨噬细胞表达一氧化氮合酶增多，促进巨噬细胞向促炎表型M1型转化[27-28]。Fahy等 [29]的研究中连续3 d对人THP1-BlueTM单核细胞施加1 h、1 Hz、±25° 剪切力，结果细胞IL-6、IL-8等促炎因子表达升高，提示其向M1型细胞转化。Wissing等[30]对人THP-1来源单核细胞施加约1 Pa剪切力，发现与静态培养细胞相比，细胞第8天时高表达促炎因子TNF、单核细胞趋化蛋白1及抗炎因子IL-10，TGF-β则无明显差异；而同时施加1 Pa剪切力和8%循环拉伸力后，细胞促炎因子表达进一步提高，提示剪切力和拉伸力相结合时可促进巨噬细胞向M1型转化。
流体静压力对巨噬细胞调控作用的相关研究发现，其促进巨噬细胞向M1型转化与力学刺激频率相关，即高频率压力更易使巨噬细胞转为促炎表型[31]。此外，人单核细胞源性巨噬细胞在受到34.5×10–3 MPa（开启2 s，关闭2 s）的体外周期性静水压刺激后，可以分化为破骨细胞[32]。
肌肉骨骼系统中的巨噬细胞主要受单轴或双轴拉伸力的调控[23]。拉伸力促进骨骼再生已被证实[33]，在毛发再生中也至关重要。Chu等[2]给小鼠皮肤分别施加20%、33%、40%拉伸力，发现当拉伸力达33%及以上时，整个拉伸区域内出现毛发再生，此外拉伸需持续7 d以上才能观察到毛发再生现象。该研究进一步发现皮肤拉伸时巨噬细胞增加，33%拉伸力作用1～7 d时M2型细胞占比逐渐增加，而选择性去除M2型细胞后毛发再生受阻，提示拉伸力通过促进巨噬细胞向M2型转化，进而诱导毛发再生。Dong等[34]进一步探究了巨噬细胞向M2型转化的拉伸力条件，发现5%低强度拉伸力能促进细胞向M2型转化，15%高强度拉伸力促进细胞向M1型转化。陈咪咪等[35]的研究也显示经5%低强度拉伸后，小鼠RW264.7细胞CD206表达增高，提示巨噬细胞向抗炎型转化。
以上研究表明，无论机械力种类、大小、振幅以及受力时间如何变化，机械力均会促使巨噬细胞向抗炎或促炎表型转化（表1）。学者们将这一发现应用于组织工程研究，获得了较好成果。例如，Dong等[34]将小鼠BMSCs与已在1 Hz、5%拉伸力下培养12 h的巨噬细胞共培养，发现BMSCs成骨分化能力提高。Liang等[36]采用0.5 Hz、10%拉伸力诱导小鼠骨髓源性巨噬细胞向M2型转化，转化后的巨噬细胞能促进骨缝成骨。上述研究结果提示机械力调控巨噬细胞极化在组织工程中具有巨大应用潜力。
表1
力学刺激对巨噬细胞极化直接调控作用的研究
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，研究以体外实验为主，缺少体内实验验证。第二，研究的实验条件（如施力装置、细胞培养环境等）不统一，造成结果差异。第三，细胞来源不同，因人巨噬细胞较难获得，研究大多采用动物来源细胞，但细胞对力学刺激反应可能存在物种差异[16]；而且不同组织来源的巨噬细胞作用不同，如肺泡中的巨噬细胞主要发挥免疫检测、病原识别作用，而脂肪组织中的巨噬细胞则可调节适应性产热，因此对相同类型力学刺激可能获得不同结果，导致相关研究结果缺少可比性。
3.2 力学刺激间接作用调控巨噬细胞极化
力学刺激可通过调控体内其他细胞功能间接调控巨噬细胞极化，即机械外力影响细胞间互相作用。
Dziki等[37]将成肌细胞培养于Ⅰ型胶原覆盖的培养基内，利用F-4000 FlexCell机器施加5 h、10%拉伸力后，加入人骨髓源性巨噬细胞，观察巨噬细胞极化情况；又在该拉伸力刺激巨噬细胞5 h后，加入成肌细胞，观察成肌细胞功能变化。结果表明受机械力刺激后的成肌细胞促进巨噬细胞向抗炎表型转化，同时受机械力刺激后的巨噬细胞促进成肌细胞趋化与分化。Schoenenberger等[38]对人THP-1细胞系来源的巨噬细胞施加8 h、1 Hz、7%循环拉伸力，发现细胞倾向于表达更多炎症因子。巨噬细胞与人肌腱成纤维细胞（human tendon fibroblasts，hTFs）在无外力条件下共培养24 h后，表现向M1型转化；此后施加7%循环拉伸力培养24 h后，M2型细胞表面标志物表达增加，提示机械力通过影响hTFs功能，进而影响巨噬细胞极化。此外，该研究还发现巨噬细胞分泌的炎症因子IL-1β具有抑制肌腱愈合的作用，相比无外力作用下培养的hTFs，外力作用下培养的hTFs受IL-1β的影响更小，即机械力-hTFs-巨噬细胞间可相互作用，影响体内免疫环境及肌腱愈合。Battiston等[39]检测了在1 Hz、10%循环拉伸力作用下，单核细胞单独培养、人冠状动脉平滑肌细胞（human coronary artery smooth muscle cells，VSMCs）单独培养、VSMCs和人单核细胞共培养2周及4周后M2/M1细胞比例。结果显示与单独培养相比，共培养2周后M2/M1细胞比例更高，但4周后两者接近；且共培养后细胞表达的Ⅰ、Ⅲ型胶原纤维和弹性纤维增多。而早期促进M1型细胞向M2型转化，可减轻组织损伤，促进早期修复。
组织工程支架中负载MSCs可促进M1型细胞及内皮祖细胞募集，进而引起早期血管化[40]，促进成骨及创面愈合等。促使M1型细胞转化为M2型是组织修复成功的关键，研究表明可通过促进MSCs分泌前列腺素 E2等细胞因子，诱导M1型细胞向M2型转化 [41]。目前，有研究采用在组织工程支架负载生物化学制剂，以选择性诱导MSCs分泌预期因子[42]，但存在诱导结果不确定性和生物化学制剂可能具有免疫原性的问题。而通过给予机械力诱导巨噬细胞极化可以避免上述问题，但需要进一步研究如何精确控制机械力种类、大小、频率及时间。此外，组织工程用于体内时由于内源性机械力的存在，可能会影响外源性机械力，其作用可能被削弱甚至反转，故下一步需要在动态环境中探索施加外源性机械力后共培养细胞的变化。
4 展望
创面愈合过程中M2型细胞的组织修复和重塑作用必不可少，而M1型细胞的吞噬功能也不可或缺[43-44]。根据不同疾病选择性诱导特定巨噬细胞表型是可行的思路。相比M1型细胞的促炎作用，M2型细胞抗炎促修复作用是组织工程中实现组织修复所必须的，因此研究者更倾向于控制条件以获取M2型细胞[45]。体外实验也已证明，不同类型、大小及振幅的机械力可直接诱导或通过影响非巨噬细胞功能间接诱导巨噬细胞向M2型转化并促进组织再生，但具体作用方向及机制尚不明确，需要进一步阐明。结合机械力对巨噬细胞极化的影响，机械环境下非巨噬细胞的功能及分泌因子对巨噬细胞极化的调节作用及作用机制、如何利用这一调节作用均是今后研究方向。
利益冲突 在课题研究和文章撰写过程中不存在利益冲突；课题经费没有影响文章观点
作者贡献声明 许晨露：文献检索、资料归纳整理和文章撰写；余丹：综述设计及逻辑把控；朱慧勇：文章修订、校对
巨噬细胞作为单核-巨噬细胞系统的重要组成部分，参与机体的固有免疫。巨噬细胞有促炎型（M1型）和抗炎型（M2型）两种表型，不同环境刺激下细胞呈现不同的活化表型并发挥相应功能，该现象被称为“巨噬细胞极化”。巨噬细胞分为组织内的常驻巨噬细胞和来自血液循环中单核细胞的巨噬细胞两种。组织内的常驻巨噬细胞在不同微环境下具有不同功能，但共同维持微环境稳态，且常进行自我更新以维持细胞数量稳定[1]。当机体发生创伤时，血液循环中的单核细胞渗透入损伤部位，并分化为大量巨噬细胞，以唤醒机体免疫应答，进而进行病原体清除和主导组织修复。
稳态下的组织和细胞处于一个微机械环境下，其功能受机械刺激的调节。既往研究表明机械刺激（机械力及周围环境的机械性能）能维持或改变细胞内的三维骨架结构，进而影响细胞增殖、分化及迁移等功能[2-3]。本文旨在分析巨噬细胞不同表型及其在创面愈合中的作用、力学刺激在巨噬细胞表型转化中的调控作用，并探讨组织工程中利用力学刺激调控巨噬细胞极化的可能性，为后续研究提供参考。
1 巨噬细胞表型
参与创伤修复的巨噬细胞被分为M1型和M2型两种[4]。M1型细胞表达CD86等表面标志物，主要由辅助性T淋巴细胞亚群Th1和NK细胞分泌的 γ干扰素（interferon γ，IFN-γ）和TNF-α激活。该型巨噬细胞能分泌大量促炎介质，如TNF-α、诱导型一氧化氮合酶及IL-1、IL-6、IL-12等[5-6]，故也被称为“经典活化型”巨噬细胞。
M2型细胞主要由IL-4、IL-10或IL-13激活，表达CD206等表面标志物，分泌的促炎介质较少，分泌的精氨酸酶能够抑制NO的释放，故其杀菌能力弱于M1型细胞，抗原呈递能力也较弱。但该型巨噬细胞分泌的各种生长因子、蛋白酶及蛋白酶抑制剂能促进炎症消退以及修复性细胞（内皮细胞、成纤维细胞等）增殖、血管生成及细胞外基质重塑，故也被称为“替代性活化型”巨噬细胞。此外，M2型细胞具有M2a、M2b、M2c、M2d 4种亚型。M2a亚型分泌促纤维化因子，在胶原生成和创面收缩中起重要作用；M2b亚型同时分泌促炎和抗炎因子，作为炎症调控亚型发挥作用；M2c亚型除具有抗炎和促纤维化作用之外，还可起到吞噬凋亡细胞的作用；M2d亚型又称为“肿瘤相关巨噬细胞”，可促进血管生成和肿瘤转移[7-9]。
巨噬细胞具有高度可塑性，M1型细胞经IL-4和IL-13混合物刺激后，可向M2型转化；同样M2型细胞经脂多糖或IFN-γ刺激后，可向M1型转化[10]。组织工程可利用细胞可塑性，选择性调控巨噬细胞极化，以获得利于组织再生的细胞极化状态。研究已证明化学因素（如细胞因子、生长因子等）、物理因素（如基质形貌、硬度、粗糙度等）以及机械因素（如负载力等），均会影响巨噬细胞极化[11]，但如何精准控制巨噬细胞极化程度以及极化时间仍是需解决的难题。
2 巨噬细胞与组织工程
组织损伤愈合过程分为炎症期、增殖期和重塑期3个阶段[12]，巨噬细胞在整个过程中持续存在且发挥主导作用。组织损伤后，血小板迅速聚集以发挥止血作用，同时血小板和组织内的肥大细胞进行脱颗粒，直接激活创伤部位的固有免疫系统，引起多种炎症介质及生长因子释放。炎症早期，损伤后产生的因子，如激活的补体、血小板脱颗粒释放的因子和趋化因子等被释放，以募集血液循环中的中性粒细胞；待中性粒细胞浸润组织后，将招募血液循环中的单核细胞进入创伤区域，单核细胞随后分化为巨噬细胞，巨噬细胞随即发挥吞噬病原的作用，并分泌大量细胞因子及炎症介质。炎症后期，炎症消退和白细胞减少后，巨噬细胞刺激成纤维细胞、内皮细胞和角质细胞增生，组织进入增殖期[13-15]，此期内可有大量胶原沉积和新生血管生成。重塑期，大多数巨噬细胞、内皮细胞及肌成纤维细胞凋亡，成纤维细胞和基质金属蛋白酶则调节胶原的生成和降解，进而调控细胞外基质成分。
创面愈合是一个动态过程，虽然被人为分为3个阶段，但每个阶段都没有明确的时间定义，且每个阶段都存在细胞组成及功能的重叠[12]。而整个过程中巨噬细胞的功能更替对创面修复起着关键作用[16]。Chen等[17]的研究发现，受伤后7～14 d 创面M1型细胞逐渐增多并达峰值；而M2型细胞早期数量保持稳定，14～18 d后逐渐增多并达到峰值。该研究结果证实了M1型细胞出现在炎症早期，而此后的损伤修复则以M2型细胞为主。整个创面修复过程中，两种表型巨噬细胞可相互转化并保持平衡。
促进组织修复的生物材料常在组织愈合炎症期植入创面[18]。生物材料植入体内可引起异物反应，材料表面将会发生血浆蛋白质吸附，进而产生一种包含补体、血小板、免疫细胞、多种细胞因子和趋化因子的临时微环境，招募多种炎症细胞至损伤部位，引起急性和慢性炎症。中性粒细胞及肥大细胞主导的急性炎症一般在1周内消退，并可致肉芽组织增生和组织修复；而由单核-巨噬细胞主导的慢性炎症会引发巨噬细胞聚集融合，形成多核巨细胞，持续慢性炎症将损伤邻近组织，并导致植入物周围纤维囊形成，最终造成植入失败[4，19-20]。破坏巨噬细胞由M1型向M2型转化进程，可导致M1型细胞滞留，从而引起慢性炎症。为此，为实现组织修复与再生，巨噬细胞极化需要得到精确控制。
3 力学刺激对巨噬细胞极化的调控
力学刺激对于维持细胞稳态起重要作用，参与了巨噬细胞形态、表型及功能的调控。血液中的单核细胞受血流剪切力的影响保持滚动状态或附着于内皮细胞。在受到异常剪切力时，附着于内皮细胞的单核细胞增多且向M1型转化增强，可引起动脉粥样硬化等疾病[21]；巨噬细胞能根据不同的剪切力调整形态和功能，以应对该力学刺激[22]。以上情况充分体现了机械环境在巨噬细胞功能调控中发挥重要作用。Adams等[23]的研究证明，巨噬细胞表型仅是一种短暂的存在形式，细胞受到不同环境刺激（包括化学、物理和机械刺激）时可互相转化。目前，对于化学刺激（主要为前述的可溶性细胞因子等）和物理刺激（细胞外基质硬度、粗糙度等）对巨噬细胞极化的作用已较明确，机械刺激对巨噬细胞极化的影响尚无明确结论[24]。
3.1 力学刺激直接作用调控巨噬细胞极化
巨噬细胞主要受剪切力、拉伸力和压缩力的调控[25-26]。剪切力的相关研究常采用脉管系统模型。稳定、层流的血液对血管产生剪切力，正常动脉模型中每个心动周期颈动脉的剪切力稳定在1.5～7.0 Pa之间，而动脉粥样硬化区为1.0～1.5 Pa，此时巨噬细胞表达一氧化氮合酶增多，促进巨噬细胞向促炎表型M1型转化[27-28]。Fahy等 [29]的研究中连续3 d对人THP1-BlueTM单核细胞施加1 h、1 Hz、±25° 剪切力，结果细胞IL-6、IL-8等促炎因子表达升高，提示其向M1型细胞转化。Wissing等[30]对人THP-1来源单核细胞施加约1 Pa剪切力，发现与静态培养细胞相比，细胞第8天时高表达促炎因子TNF、单核细胞趋化蛋白1及抗炎因子IL-10，TGF-β则无明显差异；而同时施加1 Pa剪切力和8%循环拉伸力后，细胞促炎因子表达进一步提高，提示剪切力和拉伸力相结合时可促进巨噬细胞向M1型转化。
流体静压力对巨噬细胞调控作用的相关研究发现，其促进巨噬细胞向M1型转化与力学刺激频率相关，即高频率压力更易使巨噬细胞转为促炎表型[31]。此外，人单核细胞源性巨噬细胞在受到34.5×10–3 MPa（开启2 s，关闭2 s）的体外周期性静水压刺激后，可以分化为破骨细胞[32]。
肌肉骨骼系统中的巨噬细胞主要受单轴或双轴拉伸力的调控[23]。拉伸力促进骨骼再生已被证实[33]，在毛发再生中也至关重要。Chu等[2]给小鼠皮肤分别施加20%、33%、40%拉伸力，发现当拉伸力达33%及以上时，整个拉伸区域内出现毛发再生，此外拉伸需持续7 d以上才能观察到毛发再生现象。该研究进一步发现皮肤拉伸时巨噬细胞增加，33%拉伸力作用1～7 d时M2型细胞占比逐渐增加，而选择性去除M2型细胞后毛发再生受阻，提示拉伸力通过促进巨噬细胞向M2型转化，进而诱导毛发再生。Dong等[34]进一步探究了巨噬细胞向M2型转化的拉伸力条件，发现5%低强度拉伸力能促进细胞向M2型转化，15%高强度拉伸力促进细胞向M1型转化。陈咪咪等[35]的研究也显示经5%低强度拉伸后，小鼠RW264.7细胞CD206表达增高，提示巨噬细胞向抗炎型转化。
以上研究表明，无论机械力种类、大小、振幅以及受力时间如何变化，机械力均会促使巨噬细胞向抗炎或促炎表型转化（表1）。学者们将这一发现应用于组织工程研究，获得了较好成果。例如，Dong等[34]将小鼠BMSCs与已在1 Hz、5%拉伸力下培养12 h的巨噬细胞共培养，发现BMSCs成骨分化能力提高。Liang等[36]采用0.5 Hz、10%拉伸力诱导小鼠骨髓源性巨噬细胞向M2型转化，转化后的巨噬细胞能促进骨缝成骨。上述研究结果提示机械力调控巨噬细胞极化在组织工程中具有巨大应用潜力。
表1
力学刺激对巨噬细胞极化直接调控作用的研究
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，研究以体外实验为主，缺少体内实验验证。第二，研究的实验条件（如施力装置、细胞培养环境等）不统一，造成结果差异。第三，细胞来源不同，因人巨噬细胞较难获得，研究大多采用动物来源细胞，但细胞对力学刺激反应可能存在物种差异[16]；而且不同组织来源的巨噬细胞作用不同，如肺泡中的巨噬细胞主要发挥免疫检测、病原识别作用，而脂肪组织中的巨噬细胞则可调节适应性产热，因此对相同类型力学刺激可能获得不同结果，导致相关研究结果缺少可比性。
3.2 力学刺激间接作用调控巨噬细胞极化
力学刺激可通过调控体内其他细胞功能间接调控巨噬细胞极化，即机械外力影响细胞间互相作用。
Dziki等[37]将成肌细胞培养于Ⅰ型胶原覆盖的培养基内，利用F-4000 FlexCell机器施加5 h、10%拉伸力后，加入人骨髓源性巨噬细胞，观察巨噬细胞极化情况；又在该拉伸力刺激巨噬细胞5 h后，加入成肌细胞，观察成肌细胞功能变化。结果表明受机械力刺激后的成肌细胞促进巨噬细胞向抗炎表型转化，同时受机械力刺激后的巨噬细胞促进成肌细胞趋化与分化。Schoenenberger等[38]对人THP-1细胞系来源的巨噬细胞施加8 h、1 Hz、7%循环拉伸力，发现细胞倾向于表达更多炎症因子。巨噬细胞与人肌腱成纤维细胞（human tendon fibroblasts，hTFs）在无外力条件下共培养24 h后，表现向M1型转化；此后施加7%循环拉伸力培养24 h后，M2型细胞表面标志物表达增加，提示机械力通过影响hTFs功能，进而影响巨噬细胞极化。此外，该研究还发现巨噬细胞分泌的炎症因子IL-1β具有抑制肌腱愈合的作用，相比无外力作用下培养的hTFs，外力作用下培养的hTFs受IL-1β的影响更小，即机械力-hTFs-巨噬细胞间可相互作用，影响体内免疫环境及肌腱愈合。Battiston等[39]检测了在1 Hz、10%循环拉伸力作用下，单核细胞单独培养、人冠状动脉平滑肌细胞（human coronary artery smooth muscle cells，VSMCs）单独培养、VSMCs和人单核细胞共培养2周及4周后M2/M1细胞比例。结果显示与单独培养相比，共培养2周后M2/M1细胞比例更高，但4周后两者接近；且共培养后细胞表达的Ⅰ、Ⅲ型胶原纤维和弹性纤维增多。而早期促进M1型细胞向M2型转化，可减轻组织损伤，促进早期修复。
组织工程支架中负载MSCs可促进M1型细胞及内皮祖细胞募集，进而引起早期血管化[40]，促进成骨及创面愈合等。促使M1型细胞转化为M2型是组织修复成功的关键，研究表明可通过促进MSCs分泌前列腺素 E2等细胞因子，诱导M1型细胞向M2型转化 [41]。目前，有研究采用在组织工程支架负载生物化学制剂，以选择性诱导MSCs分泌预期因子[42]，但存在诱导结果不确定性和生物化学制剂可能具有免疫原性的问题。而通过给予机械力诱导巨噬细胞极化可以避免上述问题，但需要进一步研究如何精确控制机械力种类、大小、频率及时间。此外，组织工程用于体内时由于内源性机械力的存在，可能会影响外源性机械力，其作用可能被削弱甚至反转，故下一步需要在动态环境中探索施加外源性机械力后共培养细胞的变化。
4 展望
创面愈合过程中M2型细胞的组织修复和重塑作用必不可少，而M1型细胞的吞噬功能也不可或缺[43-44]。根据不同疾病选择性诱导特定巨噬细胞表型是可行的思路。相比M1型细胞的促炎作用，M2型细胞抗炎促修复作用是组织工程中实现组织修复所必须的，因此研究者更倾向于控制条件以获取M2型细胞[45]。体外实验也已证明，不同类型、大小及振幅的机械力可直接诱导或通过影响非巨噬细胞功能间接诱导巨噬细胞向M2型转化并促进组织再生，但具体作用方向及机制尚不明确，需要进一步阐明。结合机械力对巨噬细胞极化的影响，机械环境下非巨噬细胞的功能及分泌因子对巨噬细胞极化的调节作用及作用机制、如何利用这一调节作用均是今后研究方向。
利益冲突 在课题研究和文章撰写过程中不存在利益冲突；课题经费没有影响文章观点
作者贡献声明 许晨露：文献检索、资料归纳整理和文章撰写；余丹：综述设计及逻辑把控；朱慧勇：文章修订、校对
