超越免疫：巨噬细胞可塑性驱动血管再生的关键机制

《npj Biomedical Innovations》：Beyond immunity: macrophage plasticity in vascular regeneration

　　

巨噬细胞除在免疫中发挥作用外，还驱动微血管（microvascular）发育、修复和重塑。单细胞转录组学（single-cell transcriptomics）揭示了巨噬细胞亚群，其血管功能超越了M1/M2框架。研究人员综述了巨噬细胞驱动的血管生成（angiogenesis）的四种机制——旁分泌分泌（paracrine secretion）、内皮接触（endothelial contact）、基质重塑（matrix remodeling）和壁细胞串扰（mural cell crosstalk）——及其在发育、损伤和疾病中的时间顺序。最后，研究人员审视了转化策略，并提出了一个阶段解析框架，以促进血运重建（revascularization）或抑制肿瘤血管生成（tumor angiogenesis）。

Introduction
巨噬细胞传统上被视为免疫细胞，参与吞噬和病原体清除。除免疫外，巨噬细胞还参与组织稳态、修复、癌症、代谢疾病、纤维化及血管生成和血管重塑。单细胞RNA测序（scRNA-seq）揭示了转录上不同的巨噬细胞亚群，具有器官特异性身份和专门的血管功能，超越了经典M1/M2框架。巨噬细胞以组织特异性方式与血管相互作用，如皮肤中的血管相关巨噬细胞和脑中的血管周围巨噬细胞。微血管修复和再生面临移植物存活、血管化不足和成本等挑战。本文综述巨噬细胞驱动血管形成的分子机制、时间顺序及治疗策略。

Macrophage phenotypic spectrum and environmental regulation in vascularization
巨噬细胞来源于胚胎卵黄囊祖细胞和骨髓单核细胞。组织驻留巨噬细胞分为TLF⁺自我更新、CCR2⁺单核细胞补充和MHC-II^hi等亚群。起源不等于功能，M1/M2框架过于简化；巨噬细胞表型受局部代谢、机械和免疫信号持续更新。细胞因子如TGF-β1通过SMAD2/3和PI3K/AKT信号上调SNAIL，促进促血管生成表型；IFN-γ则诱导促炎抗菌表型。VEGF165b通过S100A8/S100A9抑制VEGFR1-STAT3信号，使巨噬细胞锁定促炎状态。CSF-1R配体CSF-1和IL-34等效驱动分化，但极化潜力不同。代谢环境同样关键：缺血肌肉中内皮细胞释放乳酸，经MCT1驱动促血管生成极化；肿瘤中谷氨酰胺富集通过GLS1微囊泡促进氧化代谢，转向支持血管生成。

Mechanisms of macrophage-mediated microvascular angiogenesis
巨噬细胞通过四种互锁机制调节微血管血管生成：旁分泌生长因子分泌、与内皮细胞的直接物理相互作用、ECM蛋白水解重塑以及与壁细胞祖细胞的串扰。

Paracrine growth factor secretion
旁分泌信号不是静态的生长因子混合物，而是由不同激活状态的巨噬细胞执行的时间有序程序：上游调节因子（HIF-1α、TNF-α、IL-1β）感知微环境并启动内皮反应；起始因子（VEGF、FGF2、TGF-β）驱动尖端细胞选择和出芽；成熟因子（IGF-1、PDGF）招募壁细胞并稳定新生血管。

Hypoxia-inducible factor-1 α (HIF-1 α)
HIF-1α是巨噬细胞内连接氧感知与促血管生成基因表达的主转录整合因子。斑马鱼中巨噬细胞特异性HIF-1α缺失损害巨噬细胞向损伤部位动员并破坏血管修复。HIF-1α通过诱导VEGF表达、维持促炎激活状态，并驱动环氧合酶-2/前列腺素E2/TNF-α轴，同时设定起始和起始后输出。

Tumor necrosis factor-alpha (TNF-α)
TNF-α是早期巨噬细胞来源信号，为内皮血管生成诱导做准备。巨噬细胞来源TNF-α先于出芽出现；其缺失损害血管生成并减少VEGF产生。TNF-α通过Sp1转录上调内皮VEGFR-2和神经毡蛋白-1，但同时抑制VEGFR-2下游信号，从而在炎症与VEGF驱动的出芽之间建立时间门控。

Interleukin 1β (IL-1β)
IL-1β通过STAT3和NF-κB在VEGF-A启动子处控制VEGF亚型平衡，促进促血管生成的VEGF-A_165a转录，抑制VEGF-A_165b。IL-1β与VEGF在体内协同作用，双重中和比单独任一更完全地消除髓系募集和毛细血管形成。在缺血模型中，表达IL-1β的炎症巨噬细胞足以恢复血流。

Vascular endothelial growth factor (VEGF)
巨噬细胞是VEGF的关键细胞来源。巨噬细胞VEGF输出受炎症状态严格调控；VEGFA-165b又反向作用于巨噬细胞，经S100A8/S100A9–VEGFR1信号强化促炎抗血管生成表型。一个显著发现是迁移体介导的VEGF递送：胚胎单核细胞沿迁移轨迹沉积富含VEGFA和CXCL12的膜包裹迁移体，这些结构足以驱动内皮管形成并招募更多单核细胞，构成空间精确的血管生成启动模式。

Fibroblast growth factor-2 (FGF2)
巨噬细胞Piezo1介导的机械感觉在僵硬微环境中通过Ca²⁺/CaMKII抑制ETS1活性，从而抑制FGF2分泌；髓系特异性Piezo1敲除小鼠FGF2水平升高2.3倍，后肢缺血模型灌注恢复改善。在肿瘤中，缺氧诱导的lncRNA MALAT1上调肿瘤相关巨噬细胞中FGF2分泌，促进内皮管形成和血管生成拟态。

Transforming growth factor-beta (TGF-β)
TGF-β通过Smad3/4和HIF-1α/β在VEGF启动子上的协同结合诱导VEGF-A表达，同时上调巨噬细胞Flk-1（VEGFR2）和MMP-9，将生长因子产生与基质重塑耦合，并经由SNAIL信号建立促进血管形成的正反馈环。

Insulin-like growth factor-1 (IGF-1)
伤口巨噬细胞表达IGF-1，其产生经CD44-透明质酸相互作用放大并依赖TNF-α旁分泌。在新生肠道中，巨噬细胞来源IGF-1对微血管发育必需；缺失使微血管密度降低60%并增加坏死性小肠结肠炎风险。IGF-1通过延长Erk激活稳定新生血管，并在肿瘤中经IGF-1R/Erk/Akt信号驱动内皮管形成。

Platelet-derived growth factor (PDGF)
PDGF-D促进血管成熟，增强巨噬细胞募集并调节间质液压力；与VEGF-E共表达可稳定新生血管并减少渗漏。巨噬细胞分泌的PDGF-BB是周细胞募集的经典趋化因子，连接生长因子功能与壁细胞串扰。

Direct contact between macrophages and endothelial cells
巨噬细胞与内皮细胞通过接触依赖机制通信，包括整合素-免疫球蛋白超家族配对（β2整合素/ICAM-1、VLA-4/VCAM-1）和选择素-唾液酸化路易斯X。TIE2-血管生成素-2（ANG2）轴是研究最深入的相互作用：内皮ANG2结合巨噬细胞TIE2，招募Tie2⁺单核细胞并促进促血管生成极化；这些巨噬细胞稳定内皮尖端细胞并物理桥接相对出芽。活体成像证实斑马鱼中巨噬细胞在融合位点侧向展开并对接丝状伪足。Notch/Dll4信号则限制内皮过度出芽，促进正常成熟。

Macrophage and ECM remodeling in vascularization
巨噬细胞作为“路径发现者”机械性和酶解性破坏ECM，以促进内皮侵入。Moldovan等人描述了单核/巨噬细胞利用金属弹性蛋白酶（MMP-12）在缺血心脏中“钻出”微通道，随后被内皮细胞定植。MMP-9降解明胶和基底膜胶原，暴露IV型胶原内隐蔽调节序列，并释放基质结合VEGF。表达MMP-9的巨噬细胞定位于肌缺血中的血管周围毛细血管分支点；野生型骨髓移植可拯救MMP-9缺失小鼠的血管分支缺陷。巨噬细胞MMP输出与内源性TIMP抑制剂的平衡设定血管生成的时间窗口。

Macrophage crosstalk with mural cells in vessel maturation
内皮出芽需周细胞募集才能稳定。巨噬细胞通过PDGF-BB与周细胞PDGFRβ结合，介导经典趋化募集；IL-4/IL-13刺激的巨噬细胞分泌最高水平PDGF-BB。Lyve-1⁺血管周围巨噬细胞以非冗余PDGF-CC途径驱动PDGFRα⁺周细胞样细胞增殖。巨噬细胞来源双调蛋白激活整合素αV，释放潜伏TGF-β，驱动周细胞分化并恢复血管屏障。更为直接的是，细胞命运追踪证明胚胎背侧中脑部分F4/80⁺巨噬细胞获得周细胞标记；成年缺血肌肉中，单细胞RNA测序鉴定出下调髓系基因并上调PDGFRβ等壁细胞标志的巨噬细胞亚群，巨噬细胞特异性PDGFRβ缺失损害血管成熟并增加微血管渗漏。

Conserved macrophage activity during development, wound healing and disease
巨噬细胞在发育、伤口愈合和病理血管生成中执行保守的时间程序：早期炎症波启动内皮出芽，随后表型转换至消退态（表达VEGF、TGF-β、PDGF、IGF-1），支持成熟、壁细胞募集和选择性修剪。在胎儿器官中，卵黄囊来源的血管周围巨噬细胞表达VEGFA、IL-1β、CXCL8和TNF。伤口愈合中，损伤相关分子模式急性募集单核细胞并诱导促炎表型。肿瘤中，缺氧产生IL-1β/HIF-α反应的TAM亚群。第二个保守要素是向消退相的转换，在胚胎、伤口和肿瘤中均存在。疾病源于程序中断或未终止：糖尿病伤口巨噬细胞停滞在促炎状态；肿瘤中炎症-消退转换发生但从不终止，产生慢性VEGF/TGF-β/PDGF输出。

Clinical implications and therapeutic potential
巨噬细胞去除实验显示，氯膦酸盐耗尽可能导致功能性微血管密度降低、残余血管增宽且α-SMA⁺壁细胞覆盖减少，表明巨噬细胞对血管网络组装和成熟是必需的，但单内皮细胞消融后的连续性恢复可不依赖巨噬细胞。将hPSC来源原始巨噬细胞整合至心脏芯片可恢复长期可灌注性。针对失转换的治疗策略包括：水凝胶通过硬度、孔隙和表面化学实现时间分期极化；原儿茶醛胶原水凝胶将糖尿病伤口中LPS刺激巨噬细胞M1比例从57.3%降至21.6%、M2升至40.4%，并