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巨噬細胞在內皮細胞調控肌肉再生新機制中的應用
內皮細胞（endothelial cell，EC）遍布血管,是氧氣和營養物質輸送、免疫細胞運輸以及清除遠組織廢物的重要管道。目前認為內皮細胞（ECs）代謝是促進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揮了不同的重要作用。研究發現,糖酵解過程中的一個關鍵限速酶——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傳導促進組織穩態和再生，然而，EC是否參與代謝性血管內分泌串擾以控制局部缺血誘導的肌肉再生尚不清楚。
近期，蘇黎世聯邦理工學院的 Katrien De Bock團隊（第1作者為張靜）在Cell Metabolism雜志上發表了題為“Endothelial Lactate Controls Muscle Regeneration from Ischemia by Inducing M2-like Macrophage Polarization”的文章，揭示了內皮細胞通過分泌乳酸介導巨噬細胞極化來促進血管重生和肌肉再生，證明了在肌肉內存在第二種乳酸穿梭機制，即從內皮到巨噬細胞。
巨噬細胞在骨骼肌再生中起關鍵作用。研究人員發現，糖酵解調節因子pfkfb3在內皮細胞（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。為了剖析內皮細胞PFKFB3特異性敲除小鼠中M2型極化受損與缺血后肌肉修復受損的功能相關性，后肢缺血3天后，研究人員將未極化的骨髓來源巨噬細胞或M2型巨噬細胞注射到小鼠后肢，發現M2型巨噬細胞顯著促進內皮細胞PFKFB3特異性敲除小鼠肌肉修復，但并未*達到對照組水平。說明 內皮細胞PFKFB3敲除后對缺血后肌肉組織修復的影響是部分通過對M2型巨噬細胞極化調控發揮作用。
為了研究EC是否利用血管分泌機制來影響巨噬細胞極化，研究人員分離了野生型小鼠內皮細胞和PFKFB3敲除小鼠內皮細胞與BMDMs共培養，發現野生型小鼠內皮細胞顯著促進BMDMs分化成M2型巨噬細胞。有趣的是，用mECs-CM（條件性培養基）進行的BMDM刺激不能*概括經典的IL-4介導的M2極化。從mEC的CM中清除代謝物會減弱其誘導M2型極化的能力。通過對正常內皮細胞和PFKFB3敲除內皮細胞來源培養基的細胞因子（cytokine）和代謝產物分析發現內皮細胞敲除PFKFB3后，細胞因子無顯著變化，而乳酸分泌顯著下降。同時在補充生理濃度乳酸后，PFKFB3敲除內皮細胞來源培養基促進M2型巨噬細胞極化能力增強。值得注意的是， 乳酸控制巨噬細胞極化的能力需要條件培養基，這表明功能性極化需要其他細胞因子或代謝物的存在。
研究人員進一步收集了分化后巨噬細胞培養基，發現PFKFB3敲除內皮誘導的巨噬細胞培養基分泌更多的VEGF。通過促進M2型巨噬細胞極化（通過移植M2型巨噬細胞轉移或增加乳酸水平）來恢復內皮細胞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對內皮遷移/增殖的直接抑制作用以及肌肉微環境對血管生成刺激減少的組合。
單羧酸鹽轉運蛋白1（MCT1）是乳酸的重要運載體，為了研究內皮細胞來源乳酸促進巨噬細胞極化的分子機制，研究人員用巨噬細胞MCT1特異性敲除小鼠（賽業生物構建）進行了更深一步的研究。發現在下肢缺血條件下，巨噬細胞MCT1敲除抑制M2型巨噬細胞的分化，同時降低了肌肉組織VEGF的分泌。病理學分析發現MCT1敲除抑制血管新生和肌肉組織再生。放射性標記實驗發現巨噬細胞以MCT1作為乳酸運載體將內皮來源乳酸轉運到細胞內，并作為底物參與到巨噬細胞氧化代謝。在低氧和營養不足的條件下為巨噬細胞發揮功能提供能量。
總之，該研究證明了內皮細胞利用其*的代謝特征在缺血期間以依賴于乳酸穿梭至巨噬細胞的血管分泌方式調控肌肉再生。乳酸介導的巨噬細胞極化促進血管生成和肌肉再生。因此，EC特異性pfkfb3的丟失會降低肌肉乳酸水平并損傷缺血后肌肉的修復。代謝性血管內分泌信號提供了一種新型機制，通過該機制，EC可以促進組織穩態和再生。
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.