【《巨噬细胞的表型转换与骨骼肌过度使用损伤的关系研究文献综述》3000字】

巨噬细胞的表型转换与骨骼肌过度使用损伤的关系研究文献综述1.1巨噬细胞表型转换的机制巨噬细胞不仅具有极化的特性，而且具有显著的可塑性，进行不同表型间的转换。在大鼠下坡跑的体内实验中，CD163mRNA在运动后立即增加，而当CD68的表达增加时，其表达显著降低且成负相关，这支持了生理性炎症过程中巨噬细胞亚型的“阴阳”效应假设[14]。体外研究表明，M2型巨噬细胞可通过中性粒细胞和CD68巨噬细胞的失活，以及直接影响肌细胞分化，改善肌肉的修复和再生。这些观察表明，损伤肌肉中巨噬细胞从CD68高表达/CD163低表达种群向CD68低表达/CD163高表达种群的转变反映了向不同巨噬细胞种群的转变，可以促进损伤后的肌肉生长和再生[64,65]。虽然对调节损伤肌肉巨噬细胞表型的这种转变的机制知之甚少，但巨噬细胞为了响应大量的外部信号，如细胞因子、生长因子、微生物产物和吞噬，可以获得表型的多样化。在决定吞噬后巨噬细胞表型转换时的一个更重要的变量可能是吞噬的目标是坏死细胞还是凋亡细胞。吞噬凋亡的中性粒细胞，抑制IL-1β，IL-10和TNF-α的表达，增加TGF-β1的表达，表明其向M2表型转变[66]。另外，已有几种细胞因子可以驱动巨噬细胞进入M2表型，但IL-10是调节巨噬细胞表型变化的一个重要因子。IL-10不仅在体外研究中是CD163表达的激活剂，而且在肌营养不良肌肉中IL-10表达的消融减少了肌肉中CD163巨噬细胞的数量，表明IL-10也能够在体内调节肌肉巨噬细胞表型[67,68]。此外，IL-10促进巨噬细胞的吞噬作用，诱导吞噬作用可以产生从促炎性M1型巨噬细胞到抗炎性M2型的转换。Deng等[64]研究了IL-10在肌肉生长和损伤后再生过程中对巨噬细胞表型变化的调节作用。结果表明，在损伤后1天，炎症肌肉中的Th1细胞因子反应以CD68、CCL-2、TNF-a和IL-6的高水平表达为特征。在向Th2细胞因子反应过渡期间，这些转录本的表达下降，而CD163、IL-10、IL-10R1和精氨酸酶-1（arginase-1）的表达增加。消融的IL-10可在损伤后1天放大Th1反应，导致IL-6和CCL2升高，同时阻止随后CD163和arginase-1的升高。此外，研究IL-10在调节损伤后肌肉生长和再生过程中巨噬细胞表型变化中的作用，发现IL-10的丢失大大减缓了肌肉的再生和生长。损伤后1天，IL-10突变体肌肉中肌原蛋白的表达增加，表明该突变放大了从增殖到肌发生早期分化阶段的转变。综上所述，这些数据表明IL-10在体内损伤肌肉中，在调节肌肉巨噬细胞从M1表型向M2表型转变中起着核心作用，而这种转变是肌肉正常生长和再生所必需的。1.2巨噬细胞表型转换失衡导致骨骼肌纤维化骨骼肌损伤后的反应是一个紧密协调的过程，包括：中性粒细胞和巨噬细胞的浸润、受损肌细胞的清除、肌卫星细胞的激活和分化，肌纤维再生，重建ECM结构。任何一部分的紊乱都可能导致骨骼肌纤维化，这是一种损伤后的病理反应。有效的肌肉修复需要成纤维细胞的迁移和增殖，以产生新的临时ECM成分，如I型和III型胶原、纤维连接蛋白、弹性蛋白、蛋白多糖和层粘连蛋白。这些成分有助于稳定组织，充当新纤维的支架。而且可以被肌卫星细胞用作基膜，以确保新生肌纤维保持一致的排列[33,69,70]。然而肌肉损伤后结缔组织的恢复快于肌细胞的恢复，过度反应导致胶原纤维的过度增生，致使胞外基质(I、III和IV型胶原)替换受损的肌细胞，导致过度使用损伤的发生，出现明显的运动障碍和功能丧失。巨噬细胞不仅可以调节肌卫星细胞增殖和分化，而且最近的一项研究表明，骨骼肌中的巨噬细胞产生的细胞因子可以通过FAP诱导细胞外基质的产生[13]。FAP在损伤后增殖并分化为肌成纤维细胞，导致ECM沉积，随后损伤的修复肌成纤维细胞减少，直至回到基线水平，这种暂时性的胶原沉积对于肌卫星细胞的增殖是至关重要的[12,71-73]。虽然巨噬细胞通过分泌支持肌发生和促进短暂ECM沉积的生长因子和细胞因子来维持适当的愈合，但TGF-β1和TNF-α等细胞因子的表达失调可能导致异常修复，包括纤维化的发展，特别是在以慢性炎症为特征的肌肉病理和条件下。Lemos等[13]调查了细胞因子（IL-6、TGF-β和TNF-α）诱导FAP细胞凋亡的能力，发现只有TNF-α可以导致FAP的减少。通过流式细胞术分析确定TNF-α产生的来源，并确定M1型巨噬细胞是肌肉损伤后产生TNF-α的最有代表性的细胞。骨骼肌中M2型巨噬细胞的持续增加导致细胞外基质积累和纤维化，这可能是由于M2型巨噬细胞的持续增加导致TGF-β1产生水平较高。TGF-β家族的信号分子由多种细胞因子和生长因子组成，这些因子和生长因子有助于不同组织的伤口愈合和纤维化。TGF-β1是其中最具特征的，作为一种抗炎和促纤维化细胞因子，已被证明可以将肌肉损伤反应转移到纤维化[62]。TGF-β1与TGF-BRI和TGF-BRII受体家族的二聚体结合，激活SMADs2/3和结缔组织生长因子（CTGF）的表达，并与NF-kB抑制和抗炎作用下游结合。这激活了FAP向成纤维细胞的转化，成纤维细胞的增殖和ECM产物的沉积，如I型胶原和III型胶原[33]。另外，该细胞因子阻断TNF-α诱导的FAP凋亡，并诱导FAP沿纤维化谱系分化。因此，损伤后M1型促炎巨噬细胞和M2型抗炎巨噬细胞之间的平衡和时间依赖性，对于新肌纤维的正常发育至关重要（图2.5）。图2.5巨噬细胞表型转换示意图。M1和M2型巨噬细胞的平衡与卫星细胞增殖和分化有关，并调节FAP对细胞外基质成分产生控制。引自：PerandiniLA,ChiminP,LutkemeyerDDS,CâmaraNOS.FEBSJ.2018.在骨骼肌再生过程中，M1和M2型巨噬细胞转化的失衡可能损害FAP对细胞外基质成分产生的控制。特别是M1型巨噬细胞向M2c巨噬细胞的过度转换，M2c的过度表达介导TGF-β1的持续释放诱导了骨骼肌的纤维化。另外，在骨骼肌中观察到慢性炎症的情况下，如肥胖、衰老、肌肉营养不良和炎症性肌病，巨噬细胞的平衡随着促炎和抗炎表型的增加而丢失。因此推测，巨噬细胞转换变化可能对解释骨骼肌过度使用损伤的发生至关重要。根据上述观点，提出研究假设：过度离心运动会导致骨骼肌微损伤，发生炎症反应，适度的炎症反应会促进组织重塑，使骨骼肌产生良性运动适应。若在此期间骨骼肌若受到持续损伤刺激会使炎症反应过度，过度炎症反应为巨噬细胞的转换失衡，即M2c巨噬细胞的过度活化，M2c巨噬细胞在骨骼肌胶原纤维沉积中具有关键作用，胶原纤维的过度沉积导致了两方面的负面影响：一方面会抑制肌细胞的再生能力，另一方面会使横向张力传递失衡，最终诱导了骨骼肌超微结构损伤的累积，骨骼肌过度使用损伤发生（图2.6）。因此，本实验将在建立大鼠骨骼肌过度使用损伤模型的基础上分析巨噬细胞表型转换和分布在过度使用性损伤发生机制中的作用。图2.6骨骼肌良性运动适应和过度使用损伤示意图。参考文献[1] 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