巨噬细胞向肌成纤维细胞的转化（MMT）——这是一种对用于盆底器官脱垂修复手术中植入的聚丙烯网材的非人类灵长类动物模型的不良反应

《Biomaterials》：Macrophage-to-Myofibroblast Transition (MMT) – an adverse response to polypropylene mesh implanted for pelvic organ prolapse repair surgery in a non-human primate model

本研究探讨聚丙烯网片（PPM）变形对宿主反应的影响，通过非人灵长类模型比较平铺与变形网片（钻石孔隙）在张力下的情况，发现变形网片导致更高的mesh burden，促进巨噬细胞转化为肌成纤维细胞（MMT），影响胶原蛋白沉积，并引发网片外露和疼痛并发症。

　　在医学和生物工程领域，女性盆腔器官脱垂（Pelvic Organ Prolapse, POP）是一种常见的妇科问题，其影响范围广泛，尤其是对于50岁以上的女性。POP指的是盆腔内的器官，如子宫、膀胱或直肠，由于支撑结构的减弱而下垂进入阴道。这种情况不仅给患者带来生理上的不适，还可能引发一系列并发症，如疼痛、排尿困难和性功能障碍。根据研究，POP的手术修复需求预计将在2050年增长约50%，这使得寻找更有效的修复材料和方法变得尤为重要。

目前，手术修复POP通常采用聚丙烯网（Polypropylene Mesh, PPM）作为辅助材料，以提供机械支撑并改善解剖结构。然而，尽管PPM在许多情况下能够有效修复POP，其使用却伴随着较高的并发症发生率。研究表明，超过10%的PPM手术会出现相关问题，如网片暴露或网片相关疼痛。这些问题的出现与PPM在植入后的变形密切相关。当网片受到张力作用时，其几何形状会发生显著变化，包括平面（孔洞塌陷）和非平面（褶皱）变形，这些变化不仅影响了网片的物理特性，还可能对宿主的反应产生深远影响。

为了更深入地研究这些变形如何影响宿主的反应，科学家们采用了一种经过验证的非人灵长类动物模型，通过骶前阴道悬吊术（sacrocolpopexy）植入PPM。研究中，将PPM分为两种配置：一种是稳定的平直结构（方形孔洞，N=20），另一种是受到张力作用后形成的变形结构（钻石孔洞在植入前被加载，导致孔洞塌陷和褶皱，N=20）。此外，为了探讨张力对宿主反应的影响，还比较了有张力（10N，N=10）和无张力（N=10）的PPM植入情况。研究假设，更稳定的几何结构能够引发宿主的修复反应，从而达到组织平衡，而变形的网片则可能因增加了与宿主组织的接触面积和材料的刚性，导致不适当的组织重塑反应，进而形成肌成纤维细胞（myofibroblasts）。

在十二周的观察期内，研究人员发现，网片的变形和缺乏张力会显著增加网片在阴道区域的覆盖面积（即网片负担），并且会再现临床常见的并发症，如网片暴露和阴道壁变薄。值得注意的是，肌成纤维细胞（MMT细胞）或同时表达巨噬细胞标志物（CD68）的肌成纤维细胞在网片负担增加时显著增多，并且对网片纤维界面表现出超局部的反应。观察到，在肌成纤维细胞数量较多的条件下，胶原蛋白密度降低，而更不成熟的基质成分被沉积，这表明随着网片负担的增加，基质的沉积变得越来越无序，并且张力的丧失进一步加剧了这一现象。

研究还发现，TGF-β1（转化生长因子β1）在活跃和潜伏状态下均随着网片负担的增加而上升，其最高表达水平出现在导致最高比例肌成纤维细胞形成的条件下，这可能成为肌成纤维细胞转化（MMT）的一个潜在机制。这些发现表明，PPM的物理特性在张力作用后对网片负担的影响至关重要，同时这些变化对肌成纤维细胞的转化以及后续的宿主反应和修复结果产生了深远影响。

在探讨肌成纤维细胞的形成机制时，研究指出，肌成纤维细胞的出现与组织中的机械应力变化密切相关。这些细胞通常在组织处于异常坚硬或超生理张力的环境中形成，而这种环境正是由PPM植入所引起的。肌成纤维细胞通过其收缩能力（α-SMA纤维）和基质沉积能力，对组织的持续重塑产生重要影响，这种影响在临床中表现为组织收缩和纤维化基质沉积，被认为是网片诱导疼痛的机制之一。此外，TGF-β1不仅由巨噬细胞在促纤维化（M2）表型中释放，也由纤维细胞在炎症刺激减弱后释放。这种细胞间的信号传递可能导致纤维细胞向肌成纤维细胞的转化，进而影响宿主的修复反应。

为了更清晰地理解张力和材料负担对宿主反应的影响，研究设计了两种实验条件：一种是网片在植入前被加载并施加张力，另一种是网片在植入时未被张力作用。通过比较这两种条件下的宿主反应，研究人员能够区分张力对组织重塑的影响与材料负担的影响。在实验中，研究人员量化了巨噬细胞和肌成纤维细胞的密度，并记录了它们在网片周围的位置。此外，为了评估这些变化对下游修复结果的影响，还测量了胶原蛋白含量、糖胺聚糖（GAGs）和基质金属蛋白酶（MMPs）的水平。

通过十二周的观察时间点，研究人员能够评估组织对植入材料的适应情况。在这个时间点，组织的整合和长期炎症反应被认为已经形成。研究发现，张力的施加能够减少网片负担，而材料负担的增加则可能导致组织的慢性炎症反应和不适当的组织重塑。这些发现为理解PPM在修复POP中的作用提供了新的视角，也为未来改进材料设计和手术方法提供了理论依据。

此外，研究还强调了宿主反应的复杂性。在植入PPM后，宿主的免疫系统会迅速做出反应，巨噬细胞成为主要的免疫细胞类型，并表现出促炎表型。这些巨噬细胞不仅能够激活纤维细胞，还可能通过信号传递促进其向肌成纤维细胞的转化。肌成纤维细胞的形成和活动是组织重塑过程中的关键因素，它们通过收缩和基质沉积对组织结构产生深远影响。而TGF-β1的释放则进一步促进了这一过程，增加了胶原蛋白的沉积和组织的纤维化，这可能是导致网片相关并发症的重要机制。

在实验设计中，研究团队采用了Rhesus macaque非人灵长类动物作为模型，以模拟人类POP修复的临床环境。这些动物被安置在标准笼子中，遵循12小时的光照/黑暗周期，并获得自由饮水和定期饲养的灵长类动物饮食，补充新鲜水果和蔬菜。研究人员收集了动物的年龄、体重、妊娠次数和阴道分娩次数等人口统计数据，以确保实验的代表性。由于研究中使用了已退休的繁殖动物，这有助于减少实验中的变量，提高结果的可靠性。

在实验过程中，研究人员对植入后的网片-阴道复合体进行了宏观形态学评估。通过观察和记录植入后十二周的网片-阴道复合体，研究人员能够评估可测量的临床结果，如阴道壁变薄。这些结果不仅提供了关于网片变形对组织影响的直观证据，还揭示了潜在的病理机制。例如，阴道壁变薄可能被视为网片相关并发症的前兆，这一发现对于理解PPM在修复过程中的作用具有重要意义。

研究的局限性在于，目前仅提供了十二周的时间点，缺乏在该时间点之前和之后的纵向数据。虽然非人灵长类动物模型被认为是与人类临床最相关的模型，但为了更全面地研究巨噬细胞向肌成纤维细胞的转化过程，未来可能需要采用具有更频繁时间点的模型，以提供关于MMT细胞招募、分化和后续结果的更多信息。此外，继续识别宿主对PPM的反应，对于改进材料设计和手术方法至关重要。

研究团队的贡献也得到了多个资助机构的支持，包括美国国立卫生研究院（NIH）的R01 HD083383项目。这些资金不仅支持了实验的设计和实施，还促进了研究的深入发展。研究的成果对于理解PPM在修复POP中的作用机制，以及如何通过材料设计和手术技术的优化来减少并发症，具有重要的理论和实践意义。

总之，这项研究揭示了PPM的物理特性如何影响其在修复POP过程中的表现，特别是在张力作用下的变形对宿主反应的影响。通过比较不同几何结构和张力条件下的PPM植入情况，研究人员能够更清晰地理解组织重塑的机制，以及这些机制如何导致临床并发症。这些发现不仅为未来的材料设计和手术方法提供了理论依据，也为改善患者的治疗结果和生活质量提供了新的方向。