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推荐阅读：本文利用透明质酸（HA）水凝胶模拟肺组织力学特性，研究发现 M2 巨噬细胞可通过白细胞介素 - 6（IL-6）信号通路，在软质水凝胶上激活成纤维细胞，该成果为肺纤维化研究提供新思路，有助于探索潜在治疗靶点，值得关注。
### 研究背景
在组织中，细胞处于细胞外基质（ECM）构成的环境里，ECM 为细胞提供物理支持与信号传导，细胞可通过机械转导感知并响应 ECM。在伤口愈合时，巨噬细胞和成纤维细胞等会被激活，促进伤口修复；然而，当伤口愈合过程失调，ECM 与细胞间的动态关系就会推动纤维化疾病发展。在肺纤维化病症中，成纤维细胞持续激活，致使肺泡周围产生过多瘢痕组织，增加组织硬度，进而损害肺功能，甚至引发器官衰竭。
巨噬细胞在纤维化疾病中至关重要，它能通过分泌促纤维化因子激活成纤维细胞，还可分泌细胞因子招募更多细胞，放大激活反应。巨噬细胞具有高度可塑性，不同表型的巨噬细胞功能各异，其中 M2 巨噬细胞常与持续的纤维化形成相关。已有研究表明，M2 巨噬细胞可促进人真皮成纤维细胞激活，但由于体内环境复杂，难以确定单一因素在成纤维细胞激活中的作用。
水凝胶作为体外模型，能有效模拟生理相关的细胞行为，减少体内复杂因素干扰。通过调节水凝胶的力学特性，可探究其对细胞行为的影响，为研究纤维化疾病的发病机制和治疗方法提供有力支持。
实验设计
研究人员运用 HA 水凝胶平台，该平台利用硫醇 - 烯化学和客体 - 主体超分子相互作用，可精确调控水凝胶的刚度和粘弹性。通过合成降冰片烯修饰的 HA（NorHA）和 β- 环糊精修饰的 HA（CDHA），制备出模拟正常和纤维化肺组织力学特性的水凝胶。正常肺组织模拟水凝胶的杨氏模量约为 1kPa，具有粘弹性，损耗模量与储能模量之比（G″/G′，tan delta）为 0.1；纤维化肺组织模拟水凝胶的杨氏模量约为 50kPa，为弹性水凝胶，tan delta 为 0.002。
实验选用人肺成纤维细胞和人 THP-1 单核细胞衍生的巨噬细胞。将成纤维细胞培养在不同力学特性的水凝胶上，分为单独培养、与巨噬细胞条件培养基共培养以及与不同表型（M0、M1、M2）巨噬细胞共培养等多种情况。同时，设置不同实验组，使用小分子或抗体抑制剂抑制肌动蛋白聚合、肌球蛋白 II、Rho 激酶信号、转化生长因子 -β（TGF-β1）信号或白细胞介素 - 6（IL-6）信号等参与成纤维细胞激活的信号通路，以探究这些通路在 M2 巨噬细胞诱导的成纤维细胞激活中的作用。
实验结果
- 水凝胶的成功制备与表征：通过振荡时间扫描和频率扫描等流变学方法对水凝胶进行表征，结果显示成功制备出了模拟正常（软质、粘弹性）和纤维化（硬质、弹性）肺组织的水凝胶。这些水凝胶的力学性能稳定，在紫外线照射下可快速凝胶化，且模量在关闭紫外线后保持稳定。
- 成纤维细胞对不同力学底物的反应：成纤维细胞在 50kPa 弹性水凝胶上培养时，与在 1kPa 粘弹性水凝胶上相比，呈现出显著增加的铺展面积、降低的圆形度（通过细胞形状指数衡量），以及更高的 I 型胶原蛋白和钙粘蛋白 - 11（CDH11）表达水平。这表明硬质底物力学足以激活成纤维细胞。进一步研究发现，成纤维细胞对软质底物的粘弹性变化更为敏感，在软弹性水凝胶上，成纤维细胞的铺展、圆形度和 I 型胶原蛋白表达均发生显著变化；而在硬质底物上，粘弹性对这些激活标记的影响不明显。
- 巨噬细胞条件培养基对成纤维细胞的影响：将成纤维细胞与 M0、M1 或 M2 巨噬细胞的条件培养基共培养后发现，无论条件培养基来自哪种巨噬细胞表型，成纤维细胞在 50kPa 水凝胶上的激活标记（铺展面积、圆形度、I 型胶原蛋白和 CDH11 表达）变化趋势与未添加条件培养基时相似，且与成纤维细胞单独培养相比，无显著差异。这说明巨噬细胞的可溶性信号单独不足以在具有生理相关力学性能的底物上驱动成纤维细胞激活。
- M2 巨噬细胞共培养对成纤维细胞的影响：当成纤维细胞与 M2 巨噬细胞共培养时，即使在通常抑制激活的 1kPa 粘弹性水凝胶上，成纤维细胞也表现出激活迹象，如铺展面积增加、圆形度降低、I 型胶原蛋白和 CDH11 表达增加。且这种激活效应与水凝胶的刚度或粘弹性无关，在软弹性和硬粘弹性底物上均有相同趋势。进一步研究发现，直接物理接触并非 M2 巨噬细胞诱导成纤维细胞激活的必要条件，即使成纤维细胞未与 M2 巨噬细胞直接接触，仍表现出显著的激活特征。
- 抑制信号通路对成纤维细胞激活的影响：抑制肌动蛋白聚合、肌球蛋白 II、Rho 激酶信号和 TGF-β1 信号等通路，虽能改变成纤维细胞的激活标记，但无法将 M2 巨噬细胞共培养的成纤维细胞激活水平降低至成纤维细胞单独培养时的水平。而抑制 IL-6 信号则显著影响了成纤维细胞的激活，使成纤维细胞的行为指标（铺展面积、圆形度、I 型胶原蛋白和 CDH11 表达）恢复到 1kPa 粘弹性水凝胶上成纤维细胞单独培养时的水平，这突出了 IL-6 信号在 M2 巨噬细胞诱导的成纤维细胞激活中的关键作用。
研究结论
本研究利用 HA 水凝胶系统，深入探究了巨噬细胞表型和水凝胶力学对成纤维细胞激活的综合影响。研究发现，M2 巨噬细胞与成纤维细胞共培养，可独立于直接接触，克服底物力学的影响，促进成纤维细胞激活，且 IL-6 信号在这一过程中起着至关重要的作用。该研究成果不仅加深了对肺纤维化发病机制的理解，还为开发针对纤维化疾病的新型治疗策略提供了潜在的靶点和理论依据。未来研究可在更仿生的三维培养系统中进一步探索相关机制，以更好地模拟体内环境，推动纤维化疾病治疗的发展。
