巨噬细胞极化对骨性膝关节炎发展进程和治疗效果影响的研究进展

doi:10.13481/j.1671-587X.20250534

摘要/Abstract

摘要：

巨噬细胞极化参与骨性膝关节炎（KOA）发生发展的全过程。巨噬细胞通过极化为不同表型，在炎症产生、基质降解、软骨生成抑制和疾病进展中发挥调控作用。M1型巨噬细胞通过分泌大量促炎因子参与炎症反应，促进关节软骨破坏。M2型巨噬细胞则通过释放抗炎因子，维持细胞外基质稳定并促进软骨形成，发挥抗炎和组织修复功能。M1/M2型巨噬细胞比值（简称M1/M2比值）失衡与KOA的发生和进展有密切关系，恢复其动态平衡对KOA的治疗和预防具有重要意义。现基于PubMed和中国知网数据库，以“膝关节骨性关节炎”和“巨噬细胞”为关键词，检索并筛选近10年相关文献并进行综述，聚焦调控巨噬细胞极化治疗KOA这一热点，系统概述巨噬细胞极化过程及其不同表型在KOA中的作用机制，并分别从化学药物、生物活性分子及中医药领域等方面总结通过调控M1/M2比值治疗和预防KOA的最新研究进展，为KOA的防治提供理论参考。

关键词: 骨性膝关节炎, 巨噬细胞, M1型巨噬细胞, M2型巨噬细胞, M1/M2比值

Abstract:

Macrophage polarization is involved in the entire process of the occurrence and development of knee osteoarthritis（KOA）. By polarizing into distinct functional phenotypes， macrophages play key regulatory roles in the initiation of inflammation， matrix degradation，suppression of cartilage formation，and progression of the disease. The M1-type macrophages secrete numerous pro-inflammatory cytokines to exacerbate the inflammatory responses and promote the destruction of articular cartilage. Conversely， the M2-type macrophages help maintain the extracellular matrix homeostasis and facilitate cartilage formation by releasing anti-inflammatory factors while suppressing the secretion of inflammatory factors，thereby exerting anti-inflammatory effects and promoting tissue repair. Recent studies have shown that an imbalanced ratio of M1/M2 macrophages（M1/M2 ratio） is closely linked with both the pathogenesis and progression of KOA. Restoration of the dynamic balance between these two subtypes could be an essential strategy for treating and preventing KOA. This article reviewed the current literatures retrieved from PubMed and CNKI databases using the keywords “knee osteoarthritis” and “macrophages” over the past decade. The review introduced the process of macrophage polarization and the mechanisms of different macrophage phenotypes in KOA， and further discussed the recent advances in modulating the M1/M2 ratio for KOA management through chemical drugs， bioactive molecules， and traditional Chinese medicine and so on， aiming to provide the theoretical insights for future research and clinical interventions.

Key words: Knee osteoarthritis, Macrophage, M1-type macrophage, M2-type macrophage, M1/M2 ratio

中图分类号:

R684.3

熊倩,李裕柳,张执正,张汪彤,尹宏兵,李宗洋. 巨噬细胞极化对骨性膝关节炎发展进程和治疗效果影响的研究进展[J]. 吉林大学学报(医学版), 2025, 51(5): 1437-1444.

Qian XIONG,Yuliu LI,Zhizheng ZHANG,Wangtong ZHANG,Hongbing YIN,Zongyang LI. Research progress in effect of macrophage polarization on development process and treatment effect of knee osteoarthritis[J]. Journal of Jilin University(Medicine Edition), 2025, 51(5): 1437-1444.

参考文献 49

[1]	GENG R Z， LI J Y， YU C， et al. Knee osteoarthritis： Current status and research progress in treatment （Review）［J］. Exp Ther Med， 2023， 26（4）： 481.
[2]	LIU B L， ZHANG M Q， ZHAO J M， et al. Imbalance of M1/M2 macrophages is linked to severity level of knee osteoarthritis［J］. Exp Ther Med， 2018， 16（6）： 5009-5014.
[3]	MOSSER D M， HAMIDZADEH K， GONCALVES R. Macrophages and the maintenance of homeostasis［J］. Cell Mol Immunol， 2021， 18（3）： 579-587.
[4]	PARK M D， SILVIN A， GINHOUX F， et al. Macrophages in health and disease［J］. Cell， 2022， 185（23）： 4259-4279.
[5]	邓宗柒，邰文琳. 巨噬细胞在原发性胆汁性胆管炎发生发展中的作用［J］. 临床肝胆病杂志， 2024， 40（9）： 1924-1928.
[6]	ZHANG H， CAI D， BAI X. Macrophages regulate the progression of osteoarthritis［J］. Osteoarthritis Cartilage， 2020， 28（5）： 555-561.
[7]	YUAN Z M， JIANG D C， YANG M Z， et al. Emerging roles of macrophage polarization in osteoarthritis： mechanisms and therapeutic strategies［J］. Orthop Surg， 2024， 16（3）： 532-550.
[8]	杨钰萌，王新，麻婧. M1/M2型巨噬细胞在肝纤维化中的作用研究进展［J］. 解放军医学杂志， 2024， 49（6）： 726-732.
[9]	CHEN Y N， HU M R， WANG L， et al. Macrophage M1/M2 polarization［J］. Eur J Pharmacol， 2020， 877： 173090.
[10]	XIE J W， HUANG Z Y， YU X J， et al. Clinical implications of macrophage dysfunction in the development of osteoarthritis of the knee［J］. Cytokine Growth Factor Rev， 2019， 46： 36-44.
[11]	CHANG W C， CHU M T， HSU C Y， et al. Rhein， an anthraquinone drug， suppresses the NLRP3 inflammasome and macrophage activation in urate crystal-induced gouty inflammation［J］. Am J Chin Med， 2019， 47（1）： 135-151.
[12]	MO H K， WANG Z G， HE Z Y， et al. Decreased Peli1 expression attenuates osteoarthritis by protecting chondrocytes and inhibiting M1-polarization of macrophages［J］. Bone Joint Res， 2023， 12（2）： 121-132.
[13]	ZHANG H Y， LIN C X， ZENG C， et al. Synovial macrophage M1 polarisation exacerbates experimental osteoarthritis partially through R-spondin-2［J］. Ann Rheum Dis， 2018， 77（10）： 1524-1534.
[14]	LU L Y， LOI F， NATHAN K， et al. Pro-inflammatory M1 macrophages promote Osteogenesis by mesenchymal stem cells via the COX-2-prostaglandin E2 pathway［J］. J Orthop Res， 2017， 35（11）： 2378-2385.
[15]	SHAPOURI-MOGHADDAM A， MOHAMMADIAN S， VAZINI H， et al. Macrophage plasticity， polarization， and function in health and disease［J］. J Cell Physiol， 2018， 233（9）： 6425-6440.
[16]	SCHULERT G S， FALL N， HARLEY J B， et al. Monocyte microRNA expression in active systemic juvenile idiopathic arthritis implicates microRNA-125a-5p in polarized monocyte phenotypes［J］. Arthritis Rheumatol， 2016， 68（9）： 2300-2313.
[17]	CHANDRASEKARAN P， IZADJOO S， STIMELY J， et al. Regulatory macrophages inhibit alternative macrophage activation and attenuate pathology associated with fibrosis［J］. J Immunol， 2019， 203（8）： 2130-2140.
[18]	DAI M L， SUI B Y， XUE Y， et al. Cartilage repair in degenerative osteoarthritis mediated by squid type Ⅱ collagen via immunomodulating activation of M2 macrophages， inhibiting apoptosis and hypertrophy of chondrocytes［J］. Biomaterials， 2018， 180： 91-103.
[19]	RYYTI R， HÄMÄLÄINEN M， LEPPÄNEN T， et al. Phenolic compounds known to be present in lingonberry （Vaccinium vitis- idaea L.） enhance macrophage polarization towards the anti-inflammatory M2 phenotype［J］. Biomedicines， 2022， 10（12）： 3045.
[20]	QIN L L， YANG J Y， SU X D， et al. The miR-21-5p enriched in the apoptotic bodies of M2 macrophage-derived extracellular vesicles alleviates osteoarthritis by changing macrophage phenotype［J］. Genes Dis， 2022， 10（3）： 1114-1129.
[21]	GAFFNEY L， WARREN P， WRONA E A， et al. Macrophages’ role in tissue disease and regeneration［J］. Results Probl Cell Differ， 2017， 62： 245-271.
[22]	BARBOZA E， HUDSON J， CHANG W P， et al. Profibrotic infrapatellar fat pad remodeling without M1 macrophage polarization precedes knee osteoarthritis in mice with diet-induced obesity［J］. Arthritis Rheumatol， 2017， 69（6）： 1221-1232.
[23]	LEE J， LEE S M， AHMAD T， et al. Human adipose-derived stem cell spheroids incorporating platelet-derived growth factor （PDGF） and bio-minerals for vascularized bone tissue engineering［J］. Biomaterials， 2020， 255： 120192.
[24]	WU C L， MCNEILL J， GOON K， et al. Conditional macrophage depletion increases inflammation and does not inhibit the development of osteoarthritis in obese macrophage fas-induced apoptosis-transgenic mice［J］. Arthritis Rheumatol， 2017， 69（9）： 1772-1783.
[25]	LEE H， KIM H， SEO J， et al. TissueGene-C promotes an anti-inflammatory micro-environment in a rat monoiodoacetate model of osteoarthritis via polarization of M2 macrophages leading to pain relief and structural improvement［J］. Inflammopharmacology， 2020， 28（5）： 1237-1252.
[26]	NI L B， LIN Z， HU S L， et al. Itaconate attenuates osteoarthritis by inhibiting STING/NF-κB axis in chondrocytes and promoting M2 polarization in macrophages［J］. Biochem Pharmacol， 2022， 198： 114935.
[27]	KERSCHENMEYER A， ARLOV Ø， MALHEIRO V， et al. Anti-oxidant and immune-modulatory properties of sulfated alginate derivatives on human chondrocytes and macrophages［J］. Biomater Sci， 2017， 5（9）： 1756-1765.
[28]	XIE J W， WANG Y， XIAO K， et al. Alpha defensin-1 attenuates surgically induced osteoarthritis in association with promoting M1 to M2 macrophage polarization［J］. Osteoarthritis Cartilage， 2021， 29（7）： 1048-1059.
[29]	WU A T， PATHAK J L， LI X Y， et al. Human salivary histatin-1 attenuates osteoarthritis through promoting M1/M2 macrophage transition［J］. Pharmaceutics， 2023， 15（4）： 1272.
[30]	陈柄全，彭漪，肖轶，等. 人脐血间充质干细胞对小鼠骨髓巨噬细胞M2亚型的转化作用［J］. 中国组织工程研究， 2019， 23（25）： 3987-3992.
[31]	廖威，张昌林，李田. 人脐带间充质干细胞培养上清对M1型巨噬细胞的影响及作用机制［J］. 新医学， 2021， 52（2）： 109-115.
[32]	LI P L， WANG Y X， ZHAO Z D， et al. Clinical-grade human dental pulp stem cells suppressed the activation of osteoarthritic macrophages and attenuated cartilaginous damage in a rabbit osteoarthritis model［J］. Stem Cell Res Ther， 2021， 12（1）： 260.
[33]	LI K L， YAN G H， HUANG H J， et al. Anti-inflammatory and immunomodulatory effects of the extracellular vesicles derived from human umbilical cord mesenchymal stem cells on osteoarthritis via M2 macrophages［J］. J Nanobiotechnology， 2022， 20（1）： 38.
[34]	LIU X Z， LIU Y Q， HE H B， et al. Human adipose and synovial mesenchymal stem cells improve osteoarthritis in rats by reducing chondrocyte reactive oxygen species and inhibiting inflammatory response［J］. J Clin Lab Anal， 2022， 36（5）： e24353.
[35]	ZHANG J Y， RONG Y L， LUO C Y， et al. Bone marrow mesenchymal stem cell-derived exosomes prevent osteoarthritis by regulating synovial macrophage polarization［J］. Aging， 2020， 12（24）： 25138-25152.
[36]	施琳颖，李艳辉，许京菁，等. 富血小板血浆通过调控AMPK信号通路刺激巨噬细胞向M2型转化的作用研究［J］. 中国实验血液学杂志， 2023， 31（5）： 1486-1491.
[37]	JI X Y， DU W， CHE W Q， et al. Apigenin inhibits the progression of osteoarthritis by mediating macrophage polarization［J］. Molecules， 2023， 28（7）： 2915.
[38]	成业，陈颂，王晓玉，等. 淫羊藿、巴戟天中药提取物对恒河猴M0、M1型单核衍生巨噬细胞基因表达的影响［J］. 广州中医药大学学报， 2016， 33（4）： 520-524.
[39]	戴良成，袁保红，罗晓春，等. 黄芪甲苷促M2型巨噬细胞极化的作用研究［J］. 广东药学院学报， 2016， 32（4）： 494-497， 502.
[40]	何信用，张哲，贾连群，等. 黄芪甲苷调控MAP3K8介导的细胞焦亡及巨噬细胞极化交互作用防治动脉粥样硬化的机制［J］. 中华中医药杂志， 2023， 38（5）： 2311-2316.
[41]	王馨慧，王苏童，吕穆杰，等. 黄芪桂枝五物汤调节M1/M2巨噬细胞改善炎症反应的分子机制研究［J］. 北京中医药大学学报， 2023， 46（6）： 801-810.
[42]	叶秋杰，沈海良，任国卫. 黄芪桂枝五物汤对膝骨关节炎大鼠软骨损伤及NLRP3/Caspase1通路的影响［J］. 新中医， 2020， 52（8）： 25-29.
[43]	危一飞，程桯，肖潇，等. 防己黄芪消肿方调控滑膜巨噬细胞极化治疗膝骨关节炎滑膜炎［J］. 中国实验方剂学杂志， 2022， 28（13）： 112-122.
[44]	李宏军，钱亮，邓新超，等. 舒筋活血胶囊通过JAK2/STAT3通路缓解大鼠膝骨关节炎的机制研究［J］. 天津医药， 2023， 51（9）： 961-967.
[45]	XU Y， LIU Q， LIU Z L， et al. Treatment with SiMiaoFang， an anti-arthritis Chinese herbal formula， inhibits cartilage matrix degradation in osteoarthritis rat model［J］. Rejuvenation Res， 2013， 16（5）： 364-376.
[46]	HE Q， TIAN D， WANG Z Y， et al. Modified Si Miao Powder granules alleviates osteoarthritis progression by regulating M1/M2 polarization of macrophage through NF-κB signaling pathway［J］. Front Pharmacol， 2024， 15： 1361561.
[47]	杨永菊，张师侥，张江，等. 基于滑膜巨噬细胞焦亡探讨针刺治疗膝骨关节炎“筋骨并重” 的科学内涵［J］. 中华中医药学刊， 2022， 40（3）： 209-211.
[48]	曹洋，朱艳，洪玉节，等. 足三里治疗类风湿性关节炎免疫机制研究进展［J］. 辽宁中医杂志， 2025， 52（2）： 217-220.
[49]	郑郧，刘卫容，李柏村. 温针灸通过MCP1/CCR2信号通路调控巨噬细胞浸润治疗膝骨关节炎的机制研究［J］. 时珍国医国药， 2023， 34（5）： 1252-1255.