综述：巨噬细胞与破骨细胞：骨吞噬细胞的相似性与差异性

本综述系统阐述了巨噬细胞（Mφ）与破骨细胞（OCL）在骨微环境中的核心作用，揭示了这对同源于髓系的“骨吞噬细胞”在功能特性上的高度相似性（如吞噬、抗原呈递、细胞融合）与关键差异（如OCL特有的骨吸收能力）。文章深入探讨了它们共同的髓系祖细胞来源、共享的融合机制（如DC-STAMP、OC-STAMP）、免疫调节功能（如诱导Treg细胞）及其在骨质疏松（OP）、类风湿关节炎（RA）和骨折愈合等病理条件下的相互作用，为靶向骨免疫（Osteoimmunology）通路（如RANKL/RANK、M-CSF/CSF1R）治疗骨病提供了新视角。

　　

巨噬细胞：特征与功能

巨噬细胞（Mφ）存在于所有组织中，执行器官特异性功能并拥有特定的转录组特征，表明局部组织环境对其基因组表达和功能具有主要影响。它们表达巨噬细胞集落刺激因子受体（CSF1R）并依赖M-CSF维持。在骨髓（BM）中，M-CSF由内皮细胞产生，提供了一个调控巨噬细胞/破骨细胞/树突状细胞祖细胞（MODP）和单核细胞（MN）的微环境。值得注意的是，Csf1r缺陷小鼠不仅显示巨噬细胞数量急剧减少，破骨细胞数量也减少，并伴随骨硬化表型。

骨骼中特别令人感兴趣的是骨内巨噬细胞（OsteoMACs），它们占骨髓驻留免疫细胞的15-20%。OsteoMACs是存在于骨衬里组织中的特定巨噬细胞亚群，表型特征为F4/80⁺CD169⁺ Mac-2^?/low细胞。这些驻留的骨巨噬细胞与成骨细胞紧密接触，并参与成骨细胞的骨形成、维持和修复。此外，在以骨分解代谢增强为特征的骨质疏松条件下，OsteoMACs在空间上会靠近吸收性破骨细胞，并协助清除吸收副产物。这些研究凸显了OsteoMACs在骨塑建和骨重塑中不可或缺的地位。

破骨细胞：特征与功能

与巨噬细胞相似，破骨细胞（OCL）源自髓系祖细胞；但与巨噬细胞不同的是，它们在生理状态下是多核的，是各种前体细胞（这些前体细胞或驻留在骨髓中，或被主动招募到骨髓）融合事件的结果。破骨细胞是骨特异性的，以其骨吸收能力为特征。骨重塑涉及破骨细胞、成骨细胞及其环境之间复杂且严格调控的相互作用。

破骨细胞的分化、融合和活化由核因子κB受体活化因子（RANK）的刺激触发，该受体表达于祖细胞和早期破骨细胞上，其对应的配体RANK-L由多种细胞产生。如上所述，M-CSF是破骨细胞分化的另一个不可或缺的因子。除了RANK-L和M-CSF，还有多种其他调节因子，如细胞因子和激素，可以刺激或抑制破骨细胞分化，使其成为一个受到严格调控的复杂过程。

由RANK-L和M-CSF诱导的经典破骨细胞分化激活信号级联，最终导致破骨细胞生成和吸收所必需的基因转录。RANK的激活通过衔接蛋白TRAF6诱导信号传导，随后靶向诸如NFκB、AP1/JNK/Jun/c-Fos、p38、ERK和Src/PI3K/AKT等通路，所有这些都诱导破骨细胞生成的主控基因NFATc1。

成熟破骨细胞是唯一能够吸收矿化骨基质的细胞类型，这需要严格调控的复杂细胞过程的协同作用。通过粘附分子附着于骨表面以形成足体，对于在吸收陷窝周围形成密封区以及在此过程中维持破骨细胞的移动性至关重要。这些陷窝类似于巨大的细胞外溶酶体，因为随后需要大量酸化以降解无机基质，而蛋白酶的分巡则降解有机成分。最后，吸收产物被内吞和跨胞运至破骨细胞的顶端域释放到细胞外环境中。这构成了骨吸收与形成耦合的重要机制，从而影响骨重塑。

尽管破骨细胞是髓系细胞并表现出先天免疫细胞的特性，但其作为免疫细胞的潜在作用长期被忽视。然而，骨免疫学领域的最新发现表明，除了骨吸收能力外，破骨细胞也是真正的先天吞噬细胞和抗原呈递细胞（APC）。因此，它们能够积极塑造免疫环境和免疫应答。

骨吞噬细胞的共同起源

直到最近，巨噬细胞和破骨细胞仍被认为严格来源于骨髓祖细胞，并起源于共同的单核细胞-巨噬细胞/破骨细胞祖细胞（cMoP）。这些祖细胞产生血液单核细胞，这些单核细胞可以到达组织并分化为巨噬细胞。类似地，将血液单核细胞（Kit^?Ly6C⁺）移植到破骨细胞活性缺陷的骨质疏松Ctsk^-/-小鼠中，可以挽救骨吸收，证明了这些细胞对破骨细胞生成的贡献。

然而，更近期的报告确定，巨噬细胞和破骨细胞的起源更为复杂。特别是，胚胎前体种子了一部分组织巨噬细胞亚群，这些细胞持续到成年期，完全独立于血液单核细胞的补充。在出生后及整个成年生活中，胚胎巨噬细胞通过增殖持续存在，以在大多数器官中维持一个恒定的组织驻留巨噬细胞池。重要的是，组织驻留巨噬细胞与出生后产生的单核细胞源性巨噬细胞共存，并在健康和疾病期间参与器官稳态。

骨驻留OsteoMACs在骨形成和矿化中具有营养作用，而单核细胞源性的骨巨噬细胞则显示出促炎特性。两者都参与破骨细胞生成和破骨细胞形成，并且都参与与慢性炎症性疾病或感染相关的骨质疏松的发展。

虽然巨噬细胞和破骨细胞都是髓系细胞，但破骨细胞作为先天免疫细胞的作用长期被忽视。与巨噬细胞相似，并且除了其吸收能力外，破骨细胞是高效的吞噬细胞。

融合：巨噬细胞与破骨细胞之间的共同特征

连接祖细胞多样性、周围环境的影响以及巨噬细胞和破骨细胞的功能，有一个过程在其中起着重要作用：单核细胞融合形成多核合胞体。在生理上，这是一种罕见的现象，只能在某些组织中找到，如肌肉、胎盘或骨中的破骨细胞。否则，多核化与病理状况相关，例如对异物或慢性炎症（如肉芽肿）、病毒感染或癌症和转移的反应。

通常，细胞融合是一个多步骤过程，有不同的检查点。巨噬细胞融合的先决条件是细胞出现融合能力状态，其特征是诱导特定分子，这些分子通常遵循时间依赖性表达模式。融合涉及“创始细胞”与“追随细胞”附着的原则，意味着两个融合伙伴不一定必须表达所需的分子。适当的外源性和内源性刺激（细胞因子、融合素）诱导伙伴细胞的化学吸引、附着和最终的膜融合。

一些研究表明，破骨细胞祖细胞优先与表型不同的伙伴细胞融合，就分化和移动性的不同状态而言，这是一个随时间变化的动态过程。

尽管有共同的起源，破骨细胞和巨噬细胞多核体差异很大，这可能与它们发育的特定局部环境有关。就细胞因子而言，如上所述，RANK-L是破骨细胞生成的驱动细胞因子，但对多核巨细胞（MGC）的发育没有报道的影响。相反，MGCs主要由2型细胞因子IL-4和IL-13诱导，而这两者都抑制破骨细胞形成。此外，破骨细胞分化需要M-CSF，而MGCs在M-CSF或GM-CSF存在下均可被诱导。

尽管存在这些差异，融合机制已被证明在破骨细胞和巨噬细胞之间具有相似性，并且一些参与巨噬细胞融合的分子是已知的破骨细胞标志物。

细胞异质性与免疫功能

由于巨噬细胞和破骨细胞属于先天免疫细胞的髓系家族，它们都共享该家族的特征性功能，包括吞噬作用、抗原呈递能力以及诱导适应性免疫的能力。

吞噬作用与胞葬作用

巨噬细胞和破骨细胞共享非常高效的吞噬能力。骨髓巨噬细胞局部参与在不同情境下（如损伤或癌症）对病原体、凋亡和坏死细胞的吞噬，以及清除破骨细胞骨吸收的残留副产物。

有趣的是，融合被怀疑能提高多核巨细胞相对于单核巨噬细胞的吞噬能力。在IL-4刺激下源自巨噬细胞的多核巨细胞专门吞噬非常大的颗粒和调理化颗粒，在这方面它们比单核巨噬细胞效率高得多。

值得注意的是，破骨细胞也是吞噬不同类型大颗粒的高效吞噬细胞。它们吞噬骨残骸以通过网格蛋白介导的内吞作用进行骨降解。它们也参与细菌吞噬和胞葬作用。特别是，几项研究表明破骨细胞吞噬垂死的骨细胞，包括骨细胞和软骨细胞。

将吞噬能力与模式识别受体（PRR）的表达联系起来是专业抗原呈递细胞的一个标志；在抗原吞噬之前，PAMP的存在有效激活PRR，作为分子连接桥接髓系抗原摄取、加工和随后通过MHCII的呈递，从而能够桥接到适应性免疫，这是巨噬细胞和破骨细胞共享的一个特征。

抗原呈递与T细胞活化

与巨噬细胞一样，破骨细胞是先天免疫细胞，能够摄取、加工、呈递和交叉呈递抗原。它们组成型表达主要组织相容性复合物（MHC）I类和II类以及共刺激分子如CD80和CD86，因此能够通过以抗原依赖性方式激活初始CD4⁺和CD8⁺ T细胞来塑造免疫应答。

然而，与巨噬细胞和髓系的其他细胞相似，破骨细胞表现出功能异质性。最近的发现表明存在不同的破骨细胞亚群，这些亚群源于不同的祖细胞，取决于微环境刺激以及融合开始前和过程中单核前体细胞的极化状态。

细胞标志物与新的潜在靶点

巨噬细胞和破骨细胞共享大量特征性标志物和共同功能，这是由于它们的髓系起源。因此，在体外鉴定特定标志物具有挑战性。此外，骨驻留巨噬细胞和破骨细胞共享的环境影响可能导致标志物和功能的大量重叠。

然而，存在一些主要差异。例如，抗酒石酸酸性磷酸酶（TRAcP）是成熟破骨细胞的一个合适标志物，但据报道仅在非常少数的特定巨噬细胞亚群中表达。最近，开发了一种分析多核破骨细胞及其祖细胞混合培养物的方法，该方法使用核染色和双联体排除策略来聚焦于纯破骨细胞群体。这种方法将有助于在活细胞分析中发现更多差异以区分破骨细胞与其他髓系细胞。在功能上，可以通过在仿生骨表面上培养成熟破骨细胞来区分它们，以跟踪基质降解能力，这是破骨细胞独特而非巨噬细胞的特性。

如上所述，OsteoMACs表达Toll样受体（TLR），以在微生物感染期间参与促炎免疫应答。此外，已知破骨细胞也表达TLR。

病理背景下的展望：骨质疏松、类风湿关节炎与骨折

由于它们在骨髓中的相似性和重要作用，破骨细胞和巨噬细胞都是各种骨病发展的关键参与者。

骨质疏松

影响骨骼的最普遍病理是骨质疏松症，这是一种以系统性骨量减少为特征的骨骼疾病，导致结构恶化并最终导致骨骼脆性和脆弱性，以及骨折风险增加。其根本原因是多方面的，但与性别（绝经后缺乏雌激素）和衰老（体力活动减少、代谢紊乱、其他医疗状况、药物治疗、生活方式等）密切相关。它也可能作为慢性疾病的结果而发生。

最近的一项荟萃分析计算全球骨质疏松症的一般患病率为18.3%。不幸的是，欧洲年度脆性骨折的预测表明在未来十年内将增加约25%，主要是由于老年人口的增加。

目前批准的治疗方法主要是通过靶向破骨细胞进行抗吸收。双膦酸盐是最常处方的抗骨质疏松药物，它们是结构修饰的磷酸分子，整合到无机基质中。它们阻止破骨细胞正常附着或诱导其凋亡。

最近，开发了单克隆抗RANK-L抗体地诺单抗（Denosumab）通过药理学抑制破骨细胞生成来治疗骨丢失。尽管其在防止破骨细胞形成方面非常有效，但停止治疗可能导致患者随后骨破坏加速。

绝经后骨质疏松症也被定义为一种慢性低度炎症状况。雌激素戒断对骨骼有多种直接和间接影响。据报道，它们通过其受体ERα直接抑制破骨细胞性骨吸收，并诱导破骨细胞凋亡。

类风湿关节炎

类风湿关节炎（RA）是一种影响关节的自身免疫性疾病，但也以关节外表现为特征。全球患病率为0.46%，它是病假、住院、身体残疾和提前退休的主要原因，与一般人群相比死亡风险增加约2倍。

RA开始时是各种关节滑膜组织的局部炎症，随着时间的推移变为慢性，导致软骨侵蚀和邻近部位的骨破坏，最终导致疼痛、残疾和骨折风险。骨破坏可能变得系统化，导致约50%的患者出现继发性骨质疏松症。

针对瓜氨酸化蛋白质的自身免疫（由于存在抗瓜氨酸化蛋白抗体，ACPA）是RA的主要风险因素之一，特别是与发生骨侵蚀的风险增加相关。ACPA水平被用作血清学标志物，甚至在临床 manifestation出现之前检测RA，以及预测疾病进展。

在临床实践中，主要的治疗选择是改善病情的抗风湿药（DMARDs，例如甲氨蝶呤），结合或不结合其他调节炎症（如细胞因子抑制剂）或干扰破骨细胞生成（地诺单抗、双膦酸盐）的药物。TNFα抑制有效减少局部关节炎症并干扰破骨细胞分化，从而为对其他治疗无反应的患者提供对骨骼的有益效果。

长骨骨折愈合

2019年，全球骨折病例数达到约1.78亿，在男性和老年人口中更为常见。关于每年描述的病例数量以及住院、康复或潜在永久性残疾方面的经济负担，更好地理解骨折修复中的潜在分子机制以及不同免疫细胞群体的参与，可以通过药理学调节它们的作用来改善愈合过程。

骨折修复过程由骨髓免疫细胞启动，这些细胞能够清除碎片和死细胞，从而允许在开始时形成软骨痂，随后是重塑阶段。骨折伴随着创伤部位血管系统和软组织的破坏。这种血管系统破坏允许形成血肿，其中血小板、单核细胞和中性粒细胞从血管中被招募。

在这个过程的下一步，纤维软骨痂的形成发生在大约损伤后第7天。在软痂中，新的软骨基质可以在骨折后第7天观察到，并在骨折后第14天发现与骨折间隙对齐。在这个软骨内骨形成过程中，存在间充质细胞及其祖细胞的增殖，这些祖细胞在此期间致力于骨软骨祖细胞谱系。

将软纤维软骨痂转化为硬骨痂的过程紧随其后。然后重塑这个硬骨痂以形成新的骨结构。巨噬细胞、OsteoMACs和破骨细胞参与这个晚期重塑过程。

结论

骨免疫学是一个跨学科且不断发展的领域，描述了免疫细胞和骨细胞之间的相互作用，破骨细胞和巨噬细胞在这个领域的作用至关重要。近年来的主要研究进展表明，巨噬细胞和破骨细胞在骨髓微环境中扮演重要角色，并调节骨重塑和骨吸收的平衡。当前的研究方法主要关注极化过程中巨噬细胞对破骨细胞的单向作用。然而，破骨细胞也参与产生不同的细胞因子，这些细胞因子显著影响巨噬细胞和骨髓微环境。

除了它们共同的造血祖细胞起源外，破骨细胞和巨噬细胞在特性和功能方面共享大量相似性。特别是，关于它们的免疫功能，两种细胞类型共享共同的信号通路，并且与髓系的其他细胞一样，两种细胞都表现出高度的细胞可塑性。破骨细胞和巨噬细胞都参与免疫应答的发现表明，破骨细胞的作用远远超出了其骨吸收活性，并扩展了骨免疫学的范围。

由于它们在骨髓中的相似性和重要作用，破骨细胞和巨噬细胞在多种骨骼疾病的发病机制中起着关键作用。这些疾病主要涉及巨噬细胞过度产生炎症细胞因子和破骨细胞分化增加，导致骨吸收失衡。因此，确定精确的触发因素和潜在的分子信号通路以更好地理解每种细胞类型的贡献，从而更深入地了解与破骨细胞和巨噬细胞相关的病理学至关重要。