巨噬細(xì)胞在內(nèi)皮細(xì)胞調(diào)控肌肉再生新機(jī)制中的應(yīng)用

內(nèi)皮細(xì)胞（endothelial cell，EC）遍布血管,是氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸送、免疫細(xì)胞運(yùn)輸以及清除遠(yuǎn)組織廢物的重要管道。目前認(rèn)為內(nèi)皮細(xì)胞（ECs）代謝是促進(jìn)血管生成的重要因素，ECs不同的代謝途徑，如糖酵解、脂肪酸氧化和谷氨酰胺代謝，在血管形成過程中發(fā)揮了不同的重要作用。研究發(fā)現(xiàn),糖酵解過程中的一個(gè)關(guān)鍵限速酶——磷酸果糖激酶-2/果糖-2,6-二磷酸酶3（phosphofructokinase-2/fructose-2,6-bisphosphatase 3，PFKFB3）具有較強(qiáng)的激酶活性,若抑制其活性可以顯著減少糖酵解,從而抑制病理性血管的生成。ECs還通過血管分泌信號(hào)傳導(dǎo)促進(jìn)組織穩(wěn)態(tài)和再生，然而，EC是否參與代謝性血管內(nèi)分泌串?dāng)_以控制局部缺血誘導(dǎo)的肌肉再生尚不清楚。

近期，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的 Katrien De Bock團(tuán)隊(duì)（第一作者為張靜）在Cell Metabolism雜志上發(fā)表了題為“Endothelial Lactate Controls Muscle Regeneration from Ischemia by Inducing M2-like Macrophage Polarization”的文章，揭示了內(nèi)皮細(xì)胞通過分泌乳酸介導(dǎo)巨噬細(xì)胞極化來促進(jìn)血管重生和肌肉再生，證明了在肌肉內(nèi)存在第二種乳酸穿梭機(jī)制，即從內(nèi)皮到巨噬細(xì)胞。

巨噬細(xì)胞在骨骼肌再生中起關(guān)鍵作用。研究人員發(fā)現(xiàn)，糖酵解調(diào)節(jié)因子pfkfb3在內(nèi)皮細(xì)胞（EC）的特異性缺失可以緩解缺血性后肢受損的血管生成和肌肉再生能力。這是由于巨噬細(xì)胞促血管生成和促再生的M2型表型的能力降低引起的。為了剖析內(nèi)皮細(xì)胞PFKFB3特異性敲除小鼠中M2型極化受損與缺血后肌肉修復(fù)受損的功能相關(guān)性，后肢缺血3天后，研究人員將未極化的骨髓來源巨噬細(xì)胞或M2型巨噬細(xì)胞注射到小鼠后肢，發(fā)現(xiàn)M2型巨噬細(xì)胞顯著促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞PFKFB3特異性敲除小鼠肌肉修復(fù)，但并未完全達(dá)到對(duì)照組水平。說明 內(nèi)皮細(xì)胞PFKFB3敲除后對(duì)缺血后肌肉組織修復(fù)的影響是部分通過對(duì)M2型巨噬細(xì)胞極化調(diào)控發(fā)揮作用。

為了研究EC是否利用血管分泌機(jī)制來影響巨噬細(xì)胞極化，研究人員分離了野生型小鼠內(nèi)皮細(xì)胞和PFKFB3敲除小鼠內(nèi)皮細(xì)胞與BMDMs共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)野生型小鼠內(nèi)皮細(xì)胞顯著促進(jìn)BMDMs分化成M2型巨噬細(xì)胞。有趣的是，用mECs-CM（條件性培養(yǎng)基）進(jìn)行的BMDM刺激不能完全概括經(jīng)典的IL-4介導(dǎo)的M2極化。從mEC的CM中清除代謝物會(huì)減弱其誘導(dǎo)M2型極化的能力。通過對(duì)正常內(nèi)皮細(xì)胞和PFKFB3敲除內(nèi)皮細(xì)胞來源培養(yǎng)基的細(xì)胞因子（cytokine）和代謝產(chǎn)物分析發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮細(xì)胞敲除PFKFB3后，細(xì)胞因子無顯著變化，而乳酸分泌顯著下降。同時(shí)在補(bǔ)充生理濃度乳酸后，PFKFB3敲除內(nèi)皮細(xì)胞來源培養(yǎng)基促進(jìn)M2型巨噬細(xì)胞極化能力增強(qiáng)。值得注意的是， 乳酸控制巨噬細(xì)胞極化的能力需要條件培養(yǎng)基，這表明功能性極化需要其他細(xì)胞因子或代謝物的存在。

研究人員進(jìn)一步收集了分化后巨噬細(xì)胞培養(yǎng)基，發(fā)現(xiàn)PFKFB3敲除內(nèi)皮誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞培養(yǎng)基分泌更多的VEGF。通過促進(jìn)M2型巨噬細(xì)胞極化（通過移植M2型巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)移或增加乳酸水平）來恢復(fù)內(nèi)皮細(xì)胞PFKFB3特異性敲除小鼠肌肉中的VEGF水平，可增加血管密度，盡管后者在施用乳酸后未能達(dá)到野生型小鼠的水平。這表明觀察到的血管生成缺陷（至少在缺血性肌肉中）是PFKFB3對(duì)內(nèi)皮遷移/增殖的直接抑制作用以及肌肉微環(huán)境對(duì)血管生成刺激減少的組合。

單羧酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1（MCT1）是乳酸的重要運(yùn)載體，為了研究?jī)?nèi)皮細(xì)胞來源乳酸促進(jìn)巨噬細(xì)胞極化的分子機(jī)制，研究人員用巨噬細(xì)胞MCT1特異性敲除小鼠（賽業(yè)生物構(gòu)建）進(jìn)行了更深一步的研究。發(fā)現(xiàn)在下肢缺血條件下，巨噬細(xì)胞MCT1敲除抑制M2型巨噬細(xì)胞的分化，同時(shí)降低了肌肉組織VEGF的分泌。病理學(xué)分析發(fā)現(xiàn)MCT1敲除抑制血管新生和肌肉組織再生。放射性標(biāo)記實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞以MCT1作為乳酸運(yùn)載體將內(nèi)皮來源乳酸轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)，并作為底物參與到巨噬細(xì)胞氧化代謝。在低氧和營(yíng)養(yǎng)不足的條件下為巨噬細(xì)胞發(fā)揮功能提供能量。

總之，該研究證明了內(nèi)皮細(xì)胞利用其獨(dú)特的代謝特征在缺血期間以依賴于乳酸穿梭至巨噬細(xì)胞的血管分泌方式調(diào)控肌肉再生。乳酸介導(dǎo)的巨噬細(xì)胞極化促進(jìn)血管生成和肌肉再生。因此，EC特異性pfkfb3的丟失會(huì)降低肌肉乳酸水平并損傷缺血后肌肉的修復(fù)。代謝性血管內(nèi)分泌信號(hào)提供了一種新型機(jī)制，通過該機(jī)制，EC可以促進(jìn)組織穩(wěn)態(tài)和再生。

原文檢索：

Endothelial Lactate Controls Muscle Regeneration from Ischemia by Inducing M2-like Macrophage Polarization.

DOI: 10.1016/j.cmet.2020.05.004.