中性粒细胞——组织修复的启动者

蔡卜磊 杨璐颖 王乐 曹锋 鲍涵 刘亚 佘建祯 孔亮

710032 西安, 口颌系统重建与再生全国重点实验室, 国家口腔疾病临床医学研究中心, 陕西省口腔疾病临床医学研究中心, 空军军医大学第三附属医院颌面外科

组织修复是一个复杂有序的动态过程。组织损伤后,机体将启动一系列反应机制进行自我修复,包括免疫细胞的募集,受损细胞的清除,干细胞等修复相关细胞的迁移,损伤区细胞的增殖分化以及细胞外基质的沉积和重塑等[1]。这些阶段的精确调控很大程度上依赖于免疫细胞的作用,而机体反应多是以级联放大反应向下传导的,因此早期免疫细胞对修复结局的影响可能更大[2]。

中性粒细胞是一种多形核白细胞,是体内最丰富的免疫细胞,约占人体血液中所有白细胞的 60%至70%,也是先天性免疫的第一反应者。它们对抗入侵病原体的杀菌功能已得到了充分证实,包括吞噬作用、释放细胞毒性颗粒物、产生活性氧(reactive oxygen senthesis,ROS)和形成中性粒细胞胞外陷阱(neutrophil extrocellular traps,NETs)等。但在此过程中,中性粒细胞引发的急性炎症也会导致细胞外基质的降解和组织损伤,并抑制组织再生[3-4]。因此,多年来,中性粒细胞一直被认为是一种引发急性炎症的急性炎症细胞。近年来,随着研究的深入,大量证据表明中性粒细胞在组织修复和再生中也发挥着重要作用。作为最早被募集到损伤部位的细胞,他们在组织损伤部位启动的初始炎症对组织修复的效果影响重大[5]。本团队最早发现了中性粒细胞在骨损伤/再生初期介导了干细胞及其他免疫细胞的募集,并在后续触发了修复相关细胞的增殖、血管网络的重建和细胞外基质的重塑等多个组织修复重要进程[5-7]。

本文重点关注了中性粒细胞在组织修复领域的新兴作用,并从组织损伤后中性粒细胞如何被募集与激活、如何促进局部血管网络形成,如何参与组织修复并最终影响组织修复结局这4 个方面概述中性粒细胞在组织修复过程中的关键作用(图1)。

注:以骨组织损伤修复为例: ①组织损伤后,受损细胞释放损伤相关分子模式(DAMPs),直接募集中性粒细胞,同时诱导局部巨噬细胞等免疫细胞释放白介素8(IL8)等趋化因子及受损内皮细胞释放白介素33(IL-33),IL-33与IL-8等趋化因子产生趋化因子梯度,引导中性粒细胞的局部浸润; ②进入损伤区的中性粒细胞通过基质金属蛋白酶(MMP)打通坏死区的屏障,清除细胞碎片; ③合适浓度的IL8可以促进大量N2极化的中性粒细胞募集至缺损区, N2型中性粒细胞分泌的促血管生成因子(VEGF)、金属蛋白酶9(MMP9)、成纤维细胞生长因子(FGF2)等,其中FGF2会刺激内皮细胞产生MMPs,促进内皮细胞及血管外周细胞的迁移,重建受损区的血管网络,而且N2中性粒细胞可释放基质细胞衍生因子(SDF-1)募集骨髓间充质干细胞(BMSCs)参与组织修复再生; ④中性粒细胞作为一种“短命”的细胞,其参与修复后的结局有坏死、NETosis、凋亡和反向迁移,细胞的结局对组织修复的结局影响巨大,其中,中性粒细胞反向迁移重新进入脉管系统,穿过肺部后回到骨髓,在骨髓中被清除被认为是最利于组织修复第一种结局。本图使用BioRender.com创建图1 中性粒细胞在无菌损伤组织修复中的作用

1 组织损伤区中性粒细胞的募集

组织损伤后,损伤区将释放一系列分子信号,包括来自受损细胞启动的损伤相关分子模式(damage-associated molecular patterns,DAMP)或外来侵入物引发的病原体相关分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMP),使得循环中的中性粒细胞迅速募集到损伤部位[8]。作为涌入损伤区的第一波免疫细胞,中性粒细胞表面表达多种受体,包括G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor,GPCR)、Fc受体、黏附受体、细胞因子受体和模式识别受体等,并通过这些受体对损伤和感染进行识别和反应[9-10]。

PAMP被免疫细胞识别后,经细胞内信号转导途径诱导核转录因子活化,导致巨噬细胞、中性粒细胞产生分泌IL-1、IL-6、TNF-α等细胞因子,引发具有强烈中性粒细胞浸润的急性炎症来抵御外来侵入物的同时造成组织损伤[11-12]。其中两种重要的方式为大量释放核糖核酸外的网络状结构NET,限制微生物扩散以及释放髓过氧化物酶(myeloperoxidase,MPO)等的脱颗粒作用杀灭/抑制微生物[13]。

而DAMP引发的中性粒细胞募集级联反应是一个受到机体精细调控的过程,在中性粒细胞参与(无菌性)组织损伤修复的过程中,不同募集因子会引发不同的免疫反应,甚至同一因子的不同刺激浓度都可能导致导致不同的组织修复结局[4]。从损伤组织释放的 DAMP 可直接募集中性粒细胞,这些DAMP分子包括DNA、组蛋白、高迁移率蛋白B1(high mobility group box 1 protein,HMGB1)、N-甲酰基肽、三磷酸腺苷(ATP)、白细胞介素-1α(IL-1α)等[14]。这些DAMP可以作为化学引诱剂,通过激活中性粒细胞表面受体GPCRs快速募集中性粒细胞至损伤区[10]。此外,受损细胞释放的DAMPs也可以激活周围组织驻留细胞(包括巨噬细胞、树突细胞和内皮细胞)并诱导其释放大量的趋化分子引导中性粒细胞向损伤区募集,包括生物活性脂类代谢物、N-甲酰甲硫氨酰-亮氨酰-苯丙氨酸(N-formyl methionyl-leucyl-phenylalanine,fMLP,第一个被发现的白细胞趋化性肽)、补体成分以及多种细胞因子[4,15]。早期涌入损伤区的中性粒细胞通过清除坏死的细胞/组织和促进血管网络构建,为组织修复早期微环境的构建打下良好基础,是组织损伤修复中的关键环节[16]。

1.1 白细胞介素8(IL-8,CXCL8)

IL-8过去又称中性粒细胞趋化因子,是已知的对中性粒细胞趋化活性最强的细胞因子,可由多种细胞释放[17-18]。损伤区细胞释放DAMPs后,诱导局部组织细胞和局部巨噬细胞等免疫细胞释放IL-8等强效中性粒细胞趋化因子。损伤区释放的IL-8可以与细胞壁和细胞外基质上的糖胺聚糖结合,从而产生趋化因子梯度,通过与2 个异三聚体G蛋白偶联受体CXCR1和CXCR2结合,引导中性粒细胞的局部浸润,这种血管内细胞外基质结合的趋化因子梯度可高达650 μm[19-20]。而最新的研究还发现只有适当浓度的IL-8才能诱导小鼠肌内异位软骨内成骨,IL-8浓度过低无法引导再生,IL-8浓度过高甚至会造成局部组织破坏,造成这一结果的原因可能与中性粒细胞的募集后的极化方向(激活水平)直接相关[7]。

此外,IL-8还可通过引导血管内皮细胞和内皮前体细胞迁移加速新血管的形成以及诱导干细胞软骨向分化等促进组织修复的功能也被逐渐被发现[21-22]。

1.2 白细胞介素-33(IL-33)

IL-33是白细胞介素-1家族成员之一,由内皮细胞、上皮细胞、成纤维细胞、角质细胞、巨噬细胞等多种细胞分泌,在机体免疫中发挥关键作用[23]。组织损伤时,内皮细胞的屏障功能和完整性受到破坏,IL-33会作为“警报信号”被损伤的内皮细胞大量释放[23]。IL-33通过激活ST2受体,在促进中性粒细胞粘附的同时加强其募集[24]。此外,IL-33可以激活局部血管下的肥大细胞和T细胞,肥大细胞在激活后产生TNF、IL-1和IL-6等细胞因子,以增加内皮细胞上ICAM-1的表达来促进中性粒细胞的粘附,并通过释放CXCL1、CXCL2、CXCL8等趋化因子增强中性粒细胞的募集[23,25-28]。IL-33可募集并激活T细胞,T细胞通过接触依赖机制,在中性粒细胞的引导下分化为 Foxp3+CD4+调节性T细胞,调节局部免疫反应的同时分泌 IL-8 来募集中性粒细胞[29]。激活的中性粒细胞又可释放CCL-5等趋化因子募集T细胞进一步分泌IL-8来募集中性粒细胞,从而形成正向联级放大反应,维持损伤区中性粒细胞的浓度,为组织修复早期提供充足的细胞学基础[30]。组织修复中形成的级联放大反应为组织修复所需多种功能细胞的时空募集创造了条件,进一步提示在损伤修复早期进行调控是一种更高效的治疗策略。然而,组织修复又是复杂的,其中形成的级联放大反应在后期是如何被调控和抑制的,目前仍不清楚,但已发现如级联放大反应调控不当则会造成中性粒细胞的过度活化,最终导致器官纤维化[31]。

2 组织损伤区中性粒细胞促进血管网络重建

损伤区的血管网络重建是组织修复过程中的关键环节,新生血管网络参与临时肉芽组织的形成,为损伤组织的修复再生提供养分,也为循环干细胞的迁移募集提供路径[32-33]。血管网络重建是一个受环境信号高度调节的动态过程[32],而越来越多的证据表明,中性粒细胞可通过改建损伤区细胞外基质和构建再生微环境促进损伤区血管网络重建,从而促进组织修复。

2.1 中性粒细胞通过基质金属蛋白酶打通损伤区屏障

基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)是由一系列蛋白溶解酶组成且结构高度保守的一类酶,因其依赖于锌或钙等金属离子而得名,其中MMP9是目前已知在改建基质及促进血管形成方面具有非常重要作用的MMPs家族成员之一[34]。 MMP9不仅可以通过降解细胞外基质,将细胞外基质改建成更利于细胞迁移、增殖和血管生成的低密度原始状态,而且 MMP9还可以通过降解细胞外基质,释放与细胞外基质结合的VEGF和其他生长因子,促进血管生成及组织生长[35]。而作为最早到达损伤区的中性粒细胞,能将高活性的MMP9输送到组织损伤区,加速局部细胞外基质的改建及血管网络的再通[34]。2015年的《Science》有报道发现,中性粒细胞在肝组织损伤中可以通过分泌多种MMPs打通损伤肝脏周围屏障,引导新生血管长入损伤区,最终促进损伤肝脏的修复[36]。因此,中性粒细胞在组织损伤早期通过分泌大量高活性MMP9打通损伤区与正常组织之间的屏障的同时引导新生血管长入损伤区域,为修复相关细胞进入损伤区创建通道。MMP9还可并改建损伤区的细胞外基质,将细胞外基质改建为较为疏松的原始状态,为损伤区血管网络构建及组织再生创造良好局部微环境。

2.2 中性粒细胞通过激活VEGF促进血管网络构建

中性粒细胞是机体不可或缺的促血管网络构建的免疫细胞之一。有研究在小鼠损伤模型中发现,最早进入损伤区的中性粒细胞和局部的内皮细胞均会高表达血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF), 加速血管网络构建[37]。而当耗竭中性粒细胞时损伤局部的血管生成因子被完全抑制,内皮细胞也不再表达VEGF[38]。说明中性粒细胞一方面可以直接分泌促血管生成因子VEGF,另一方面可以诱导内皮细胞产生VEGF,使局部高表达VEGF,加速血管网络构建,进而促进损伤修复。

2.3 促进血管网络构建的中性粒细胞亚型

近年来,肿瘤病理学定义了两种中性粒细胞亚型,其在表型和功能存在差异:抗肿瘤形成的N1表型和促肿瘤形成的N2表型;又根据它们脱颗粒、释放细胞因子和迁移的能力,分为促炎型(N1)和抗炎型(N2),其中有免疫调节作用的N2中性粒细胞在血管重塑阶段发挥重要作用[39-42]。尽管目前对于中性粒细胞极化的具体机制还有待进一步明确,但研究发现N2型中性粒细胞分泌的促血管生成因子VEGF、MMP9、FGF2等显著高于N1型,其中FGF2会刺激内皮细胞产生MMPs,并促进内皮细胞及血管外周细胞的迁移,表明存在专门执行促进血管生成的中性粒细胞亚群[43]。2017年《Nat Biomed Eng》的研究表明,宿主的N2中性粒细胞在促进植入物与宿主之间的血管网络构建中发挥这不可替代的作用,在将移植物植入小鼠体内后,耗竭宿主中性粒细胞则直接抑制植入物的血管化,而给宿主过继输入N2中性粒细胞后则可以完全恢复移植物的血管化[44]。随着对中性粒细胞分群的进一步研究,近期甚至在人和小鼠中发现了促血管再生的特异性中性粒细胞分群CXCR4hiVEGFR+ CD49d+[38]。随着研究深入,更多中性粒细胞的分型被发现,不同分型在机体中所发挥的精细功能也在不断被发掘。随着对人们中性粒细胞研究的深入,其在再生领域的关键作用将被进一步认识。

3 中性粒细胞促进组织损伤修复

随着研究的深入,本课题组发现尽管在各个器官的结构和细胞类型上存在巨大差异,但中性粒细胞被发现几乎在所有器官的组织修复中都发挥着重要作用[5]。目前认为其可能主要是通过清除损伤部位的组织碎片并分泌多种因子来促进血管网络重建来促进组织修复的。

3.1 中性粒细胞在皮肤伤口愈合中的作用

传统的观点认为,由于皮肤上充满了共生菌和病原菌,皮肤伤口似乎不太可能是无菌的,因此皮肤损伤总是会招募中性粒细胞而与损伤本身无关,并且其作为第一个到达损伤部位的细胞会通过其经典的吞噬与脱颗粒或产生ROS等功能来对抗感染的威胁[6]。然而,越来越多的实验证实,中性粒细胞除了经典的杀菌功能外,还在促进皮肤伤口修复中也起着至关重要的作用。有临床研究发现中性粒细胞减少的患者经常遭受伤口愈合受阻[3];同样地,也有研究发现白细胞表面G蛋白偶联的甲酰化肽受体(formyl-peptide receptors,FPR)缺陷小鼠的皮肤损伤模型中,损伤区因中性粒细胞募集数量显著减少,从而表现出伤口愈合延迟,表明中性粒细胞在参与皮肤损伤修复中也发挥着其他功能[45]。同时,在中性粒细胞耗竭的小鼠模型中也发现,中性粒细胞耗竭会延迟老年小鼠的皮肤伤口愈合,而在注射粒细胞集落刺激因子(一种可刺激骨髓产生粒细胞并把它们释放到血液中的糖蛋白)的老年小鼠中,这种皮肤愈合延迟的现象则被逆转,表明中性粒细胞对皮肤具有重要的作用[46]。此外,对于人类来说,随着年龄的增长,伤口愈合得更慢,这也与中性粒细胞功能下降同时发生中性粒细胞清除感染的效率降低直接相关[47]。因此,中性粒细胞在皮肤损伤愈合中的重要作用已经被证实,并且损伤区中性粒细胞的数量直接与皮肤愈合速度正相关。皮肤损伤后机体立即通过交感神经控制血管收缩,局部中性粒细胞也会通过形成Nets来促进血栓的形成来控制出血。随后大量中性粒细胞被募集至损伤区参与宿主防御,同时中性粒细胞通过释放VEGF或MMPs来与刺激血管生成和细胞增殖,同时也会分泌促进巨噬细胞M2极化的相关细胞因子,促进肉芽组织的形成,为成纤维细胞沉积胶原强化再生组织奠定基础[6]。

3.2 中性粒细胞在肝脏损伤修复中的作用

肝脏是一个具有强大再生能力的器官,因此经常被用来进行组织修复实验。肝脏热损伤模型表明,中性粒细胞是第一个到达损伤部位的细胞,通过打通损伤肝脏周围屏障并引导新生血管长入损伤区促进损伤肝脏的修复[36]。中性粒细胞耗竭则会导致细胞碎片增加,血管重建延迟,最终影响肝脏愈合[48]。同样地,最近的一项研究确定了中性粒细胞在急性肝损伤模型中的双重作用,在早期由于损伤细胞需要被清除所以表现出了中性粒细胞诱发的损伤增加,但在修复阶段耗竭中性粒细胞则会增加肝损伤[49]。也有研究发现中性粒细胞通过产生金属蛋白酶促进纤维溶解来抑制慢性肝损伤的纤维化,促进损伤肝脏的修复[50]。显然,中性粒细胞在保护肝脏及促进肝损伤修复中发挥非常重要的作用。

3.3 中性粒细胞在骨折愈合中的作用

骨折愈合一般可以分为血肿形成、血肿机化、骨痂改建和骨痂形成4 个不同阶段[51]。目前已知在骨折血肿中存在大量中性粒细胞,这些细胞在骨折后几分钟内到达,其中包括来自循环的成熟中性粒细胞和来自骨髓的未成熟中性粒细胞[52]。研究发现局部应用粒细胞集落刺激因子来增加中性粒细胞的募集可显著加速骨折愈合,而中性粒细胞的耗竭则会显著抑制骨折愈合[53]。有研究在患者的骨折血肿中也发现了与纤维连接蛋白结合的大量中性粒细胞,由此作者提出了一种浸润的中性粒细胞通过“产生紧急细胞外基质”促进骨折早期愈合的机制[54],也就是骨折后释放的损伤信号分子DAMPs募集中性粒细胞率先到达组织损伤区域,可以通过吞噬病原体及组织或细胞碎片清理损伤区的微环境,随后其通过形成Nets与血小板相互作用促进局部血肿的形成,随后达到的中性粒细胞开始启动对局部的细胞外基质的改建,通过建立血管网络促进骨折愈合。近期关于骨组织内源性再生的研究也发现中性粒细胞趋化因子IL8可以直接诱导异位骨再生,主要是因为合适浓度的IL8可以促进大量N2极化的中性粒细胞募集至缺损区,并通过N2中性粒细胞释放的基质细胞衍生因子-1(stromal cell derivecl factor-1,SDF-1)募集骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)参与骨组织修复再生[7]。目前已有大量研究发现中性粒细胞通过改善骨折局部的炎症、通过MMP9改建细胞外基质(血肿)、通过分泌干细胞募集因子募集干细胞及引导血管网络构建等方式参与骨组织的损伤修复,但其在每个阶段中的具体机制还有待进一步研究。骨是机体内为数不多的,可完成大范围损伤修复并且做到完全修复(没有纤维化等痕迹)的器官,而中性粒细胞本身即是由骨髓产生,并储存与骨髓腔内的,在骨中的含量极为丰富,因此骨强大的修复能力是否与骨髓腔富含中性粒细胞相关,是个极有意思的话题,而且骨愈合不良以及相关疾病是否与中性粒细胞数量与质量的变化相关也值得深思。

4 组织损伤区中性粒细胞的归宿

中性粒细胞清除方式有程序性死亡和反向迁移,它可以通过凋亡或坏死和随后被巨噬细胞吞噬发生,或者通过反向迁移回到血管系统或通过排出到外部环境[55]。中性粒细胞的清除对于损伤区的炎症消退级联反应至关重要,直接影响了组织修复的结局[32]。

4.1 坏死

坏死是一种剧烈的、不受控制的细胞死亡形式,表现为细胞肿胀、质膜破裂、线粒体超极化、氧化暴发和细胞内容物释放。中性粒细胞坏死会释放大量DAMP,激活免疫细胞上的Toll样受体,以此诱导巨噬细胞和成纤维细胞中的NF-κB的激活,刺激IL-1、中性粒细胞活性趋化因子等促炎因子的产生,促使炎症反应和局部组织损伤升级,而中性粒细胞坏死产物本身也会加重组织损伤[56-57]。为了处理这些坏死产物和减轻其对组织的损伤,机体会通过不同的方式进行处理。一种方式是通过吞噬细胞(如巨噬细胞)清除坏死细胞的残留物,并吸收释放的产物。另一种方式是通过炎症调节机制来控制炎症因子反应,促进组织修复[58]。

4.2 NETs

NETs是中性粒细胞的一种特殊死亡形式,NETs是中性粒细胞释放的,由胞浆蛋白、颗粒蛋白等组蛋白组装在浓缩的染色质支架上而形成的一种粘性胞外网状结构,最初在宿主防御的背景下被发现,用于捕获并杀死被困的病原体[59-60]。NETs介导的中性粒细胞死亡会释放促炎因子和趋化因子,可导致大量活化的中性粒细胞和单核细胞募集到组织损伤区域,导致局部炎症加重。受刺激的免疫细胞不断积累,与持续产生的NETs相结合,形成血凝块,严重情况下会引发弥散性血管内凝血(disseminated intravascular coagulation;DIC)[61]。有研究表明,过度的NETs可以促成一个失调的炎症环境,不利于功能性组织愈合,甚至导致局部血栓形成和组织纤维化,进而加剧局部组织损伤[62]。

然而,对于组织损伤早期来说,NETs可以通过不同机制促进血凝块形成。激活的NETs可以将参与血凝块形成的效应蛋白集中起来,同时为血小板和红细胞的粘附提供支架,血小板与DNA结合后被组蛋白激活,聚集形成血凝块[63-65],为组织损伤的早期修复提供物质基础(支架结构)。研究还发现损伤区中性粒细胞所释放的NETs还能够吸附和捕获环境中的生长因子、细胞外基质蛋白以及其他促进骨愈合的细胞因子,为组织修复提供适宜的微环境[59]。最新研究还发现NETs本身还能够作为一种支架结构,吸附和聚集矿化所需的矿物质和有机物质,促进骨骼和牙齿组织的形成[66]。随着对NETs研究的深入,其在再生中的更多功能将被发现。

4.3 凋亡

凋亡是细胞为维持内环境稳定,由基因控制的一种程序性死亡方式。凋亡的中性粒细胞暴露在其表面的磷脂酰丝氨酸,被巨噬细胞识别诱导了一系列促消退级联反应,包括释放修复细胞因子,如转化生长因子β(TGF-β)、白细胞介素10(IL-10)和VEGF,导致巨噬细胞重新编程为抗炎表型M2[32,67]。此外,巨噬细胞释放分解素和脂氧素,进一步增强其对凋亡中性粒细胞的吞噬作用[68]。此外,由凋亡的中性粒细胞释放的α防御素增加了巨噬细胞的吞噬能力,并抑制了它们对炎症介质的释放[69]。最近的研究也发现凋亡小体作为细胞凋亡的最终产物其在组织修复及炎症控制中也具有非常重要的作用,组织损伤区的中性粒细胞的凋亡小体对于局部炎症消退具有积极的作用,中性粒细胞通过凋亡的方式可以减缓局部炎症,同时释放的凋亡小体也可以作为损伤修复信号被巨噬细胞吞噬,促使巨噬细胞M2向极化来减轻局部炎症并促进组织修复[70]。总的来说,凋亡是一种重要的、非炎症性的死亡方式,是损伤区中性粒细胞控制炎症消退的主要机制之一,对于促进组织修复有利。

4.4 反向迁移

传统观点认为中性粒细胞只有1.5～8 h的寿命,然而最新研究发现中性粒细胞平均循环寿命可达5.4 d[71]。因此,人们也开始广泛的认识到中性粒细胞并不总是在损伤部位死亡,而是可以离开损伤部位,返回到脉管系统,而中性粒细胞重新返回脉管系统的这一过程被称为反向迁移。有研究利用活体成像技术,直接观察到在无菌性肝损伤小鼠模型中,中性粒细胞重新进入脉管系统,穿过肺部,随后上调SDF-1(CXCL12)的特异受体CXCR4(C-X-C motif chemokine receptor 4)的表达后回到骨髓,最后在骨髓中被清除[72]。此外,也有实验证实在大鼠肾小球毛细血管损伤模型中,发现进入损伤区的肾小球毛细血管中的中性粒细胞,有多于70%能够返回主循环,不在损伤部位发生凋亡[73]。以上结果均证明中性粒细胞的反向迁移是普遍存在的,通过控制损伤区中性粒细胞数量减轻局部炎症反应。

C-X-C趋化因子配体1(C-X-C ligand 1,CXCL1)被认为是驱动中性粒细胞的反向迁移的关键细胞因子之一,有研究发现在中性粒细胞反向迁移阶段血液中的CXCL1浓度增加,而该浓度可显著促进中性粒细胞的反向迁移[74]。此外,巨噬细胞分泌的分泌骨髓源生长因子(myloid cell devived growth factor,MYDGF)也被认为是引导中性粒细胞反向迁移的关键细胞因子[75-76]。目前的研究认为,在反向迁移过程中多数中性粒细胞会通过主循环返回骨髓,其主要的机制是受到反向迁移驱动因子如CXCL1或MYDGF 的驱动,中性粒细胞首先返回脉管系统,回到脉管系统的中性粒细胞会高表达CXCR4,然后在CXCL12/CXCR4信号的调控下,反向迁移的中性粒细胞最终重新回到骨髓[72]。当然也有少部分中性粒细胞会通过循环进入其他组织,比如肺组织,与非损伤区的中性粒细胞相比,来自损伤区中性粒细胞会牢固附着在肺内皮细胞上,停留较长时间,引起肺部炎症反应,严重时这些中性粒细胞会参与急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress cyndrome,ARDS)的发生,但目前这一具体机制还不十分清楚[72]。反向迁移可能是最高效和最符合生理的减少损伤区中性粒细胞数量主要方式之一,损伤区中性粒细胞的反向迁移这一过程可以快速减少N1型中性粒细胞数量,促进局部炎症消退,为组织再生修复创造有利的微环境。而局部炎性的过度激活所造成的组织修复结局不良,可能就与反向迁移被抑制相关。

5 结论与展望

综上所述,中性粒细胞在损伤区早期炎性发生、再生微环境的构建、组织修复再生以及局部炎症消退中均发挥重要作用。损伤后伴随的早期炎症阶段,中性粒细胞最早进入损伤区,通过消除侵入微生物和清除组织碎片为组织修复打基础;其后,通过分泌MMPs改建损伤区细胞外基质并分泌多种细胞因子构建修复再生微环境,为随后新血管的长入及干细胞募集创造条件;最后,部分中性粒细胞通过反向迁移离开损伤区域,部分中性粒细胞通过细胞凋亡促进局部巨噬细胞M2向分化,为局部炎症水平的恢复做出贡献(图1)。在这些精密调控的修复阶段,中性粒细胞的失调和失位均可能导致修复失败。

过去十年是中性粒细胞生物学研究的黄金时代,中性粒细胞不再仅仅是引发急性炎症和组织损伤的自杀性细胞,越来越多的研究发现其在组织的修复和再生中发挥关键作用。相信随着对中性粒细胞生物学机制的深入研究,精准调控中性粒细胞的功能为器官修复、组织工程再生服务将是一种新的修复策略和思路。