白细胞介素4干预巨噬细胞极化及脂肪间充质干细胞的成骨分化

doi:10.12307/2026.795

中国组织工程研究 ›› 2026, Vol. 30 ›› Issue (31): 8077-8083.doi: 10.12307/2026.795

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白细胞介素4干预巨噬细胞极化及脂肪间充质干细胞的成骨分化

王静，史海洁，张蒙蒙，张金永，王苗苗，唐琳

沧州医学高等专科学校口腔系，河北省沧州市 061001

收稿日期:2025-09-04 接受日期:2025-12-16 出版日期:2026-11-08 发布日期:2026-05-22
通讯作者: 唐琳，沧州医学高等专科学校，河北省沧州市 061001
作者简介:王静，女，1984年生，河北省霸州市人，回族，2013年石河子大学毕业，硕士，副教授，主要从事免疫微环境与骨组织工程的研究。
基金资助:
沧州医专自然科学课题(25Z003)，项目负责人：王静；沧州市科技计划自筹经费项目(213107003)，项目负责人：王静

Interleukin-4 modulates macrophage polarization and osteogenic differentiation of adipose-derived mesenchymal stem cells

Wang Jing, Shi Haijie, Zhang Mengmeng, Zhang Jinyong, Wang Miaomiao, Tang Lin

Department of Stomatology, Cangzhou Medical College, Cangzhou 061001, Hebei Province, China

Received:2025-09-04 Accepted:2025-12-16 Online:2026-11-08 Published:2026-05-22
Contact: Tang Lin, Department of Stomatology, Cangzhou Medical College, Cangzhou 061001, Hebei Province, China
About author:Wang Jing, MS, Associate professor, Department of Stomatology, Cangzhou Medical College, Cangzhou 061001, Hebei Province, China
Supported by:
Natural Science Project of Cangzhou Medical College, No. 25Z003 (to WJ); Cangzhou Science and Technology Plan Self-raised Fund Project, No. 213107003 (to WJ)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

白细胞介素4诱导巨噬细胞极化：通过白细胞介素4调控巨噬细胞由M1型向M2型转化。M2型巨噬细胞可分泌转化生长因子β、白细胞介素10等多种因子，抑制早期炎症反应，促进成骨分化及骨组织修复重建。
免疫调节的时间依赖性：是白细胞介素4对免疫微环境及脂肪间充质干细胞成骨分化的调控作用受加入时间点的影响。研究表明，在第4-8天持续递送白细胞介素4，能够更有效地促使M1与M2型巨噬细胞趋于平衡状态，进而增强抗炎因子与成骨相关因子的表达，提示白细胞介素4的免疫调节效应有关键时间窗口，合理干预时机是实现骨修复的关键。

摘要
背景：免疫微环境与干细胞成骨分化过程密切相关，尤其是巨噬细胞的极化状态在骨组织再生中起关键调控作用。白细胞介素4作为调控巨噬细胞极化的重要免疫因子，有望通过改善局部免疫微环境促进骨缺损修复。
目的：探讨不同质量浓度白细胞介素4对脂肪间充质干细胞增殖和巨噬细胞极化的影响，并分析白细胞介素4在不同时间点对脂肪间充质干细胞成骨分化的调控效果，明确免疫调节在组织工程骨修复中的作用机制。
方法：将脂肪间充质干细胞与巨噬细胞混合接种于12孔板，通过递送不同质量浓度(0，30，60 μg/L)的白细胞介素4，评估白细胞介素4对脂肪间充质干细胞黏附、增殖、成骨分化及对巨噬细胞极化的影响。鬼笔环肽染色观察细胞的形态及黏附情况，CCK-8法检测细胞的增殖活性，RT-qPCR检测巨噬细胞M1型标记物CCR7、M2型标记物CD206以及成骨基因的表达，免疫荧光法检测骨钙素蛋白的表达，碱性磷酸酶染色及茜素红染色评价成骨分化情况。时间依赖性实验中，在不同时间点(第2，4，6，8天)递送最佳质量浓度的白细胞介素4，分析白细胞介素4对巨噬细胞极化和脂肪间充质干细胞成骨基因表达的影响。
结果与结论：① 30 μg/L白细胞介素4能显著诱导巨噬细胞向M2型极化，并促进脂肪间充质干细胞的增殖和成骨分化；②与空白对照组相比，30 μg/L白细胞介素4组碱性磷酸酶染色、茜素红染色均显著增强，成骨相关基因(碱性磷酸酶、Ⅰ型胶原、骨钙素、Runt相关转录因子2)和成骨蛋白(骨钙素)的表达最高(P < 0.05)；③在培养体系中，于第4-8天加入白细胞介素4可改善巨噬细胞的极化状态，增强成骨分化效果，提示白细胞介素4介导的免疫调节效应具有时间依赖性；④结果表明，合适浓度与时间点递送白细胞介素4可促使M1与M2型巨噬细胞趋于平衡状态，从而增强脂肪间充质干细胞的成骨能力，揭示了骨免疫调控在组织工程骨修复中的重要作用。

https://orcid.org/0000-0002-7773-2213(王静)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞；骨髓干细胞；造血干细胞；脂肪干细胞；肿瘤干细胞；胚胎干细胞；脐带脐血干细胞；干细胞诱导；干细胞分化；组织工程

关键词: 脂肪间充质干细胞, 巨噬细胞极化, 白细胞介素4, 免疫微环境, 细胞共培养, 细胞黏附, 细胞增殖, 成骨分化

Abstract: BACKGROUND: The immune microenvironment is closely associated with the osteogenic differentiation of stem cells, especially the polarization state of macrophages plays a key regulatory role in bone tissue regeneration. Interleukin-4, as an important immunomodulatory cytokine, holds promise for promoting bone defect repair by modulating the local immune milieu.
OBJECTIVE: To investigate the effects of different concentrations of interleukin-4 on the proliferation and osteogenic polarization of adipose-derived mesenchymal stem cells and macrophages, and to analyze the regulatory effects of interleukin-4 on the osteogenic differentiation of adipose-derived mesenchymal stem cells at different time points in order to elucidate the mechanisms of immunomodulation in tissue-engineered bone repair.
METHODS: Adipose-derived mesenchymal stem cells were co-cultured with macrophages in 12-well plates, and interleukin-4 at different concentrations (0, 30, and 60 μg/L) was administered to assess the effects of interleukin-4 on the adhesion, proliferation, osteogenic differentiation, and macrophage polarization of adipose-derived mesenchymal stem cells. Phalloidin staining was used to observe cell morphology and adhesion, while cell proliferation activity was evaluated using the CCK-8 assay. RT-qPCR was performed to detect the mRNA expression levels of the M1 macrophage marker CCR7 and the M2 marker CD206, as well as osteogenic gene expression. Osteocalcin protein expression was detected by immunofluorescence, and osteogenic differentiation was assessed by alkaline phosphatase and Alizarin red staining. In the time-dependent experiment, the optimal concentration of interleukin-4 was delivered at different time points (days 2, 4, 6, and 8) to analyze the effects of interleukin-4 on macrophage polarization and osteogenic gene expression in adipose-derived mesenchymal stem cells.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) Interleukin-4 at 30 μg/L markedly promoted macrophage polarization toward the M2 phenotype and enhanced the proliferation and osteogenic differentiation of adipose-derived mesenchymal stem cells. (2) Compared with the blank control group, alkaline phosphatase and alizarin red staining were significantly enhanced in the 30 μg/L interleukin-4 group, and the expression of osteoblast-related genes (alkaline phosphatase, type I collagen, osteocalcin, Runt-related transcription factor 2) and osteoblastic protein (osteocalcin) was the highest (P < 0.05). (3) In the culture system, the addition of interleukin-4 on days 4-8 improved the polarization state of macrophages and enhanced osteogenic differentiation, suggesting that the immunomodulatory effect mediated by interleukin-4 was time-dependent. (4) These findings indicate that appropriate concentration and timing of interleukin-4 delivery enhance osteogenic differentiation of adipose-derived mesenchymal stem cells by balancing M1 and M2 macrophages, highlighting the key role of osteoimmunomodulation in tissue-engineered bone repair.

Key words: ">adipose-derived mesenchymal stem cells, macrophage polarization, interleukin-4, immune microenvironment, cell co-culture, cell adhesion, cell proliferation, osteogenic differentiation

中图分类号:

王静, 史海洁, 张蒙蒙, 张金永, 王苗苗, 唐琳. 白细胞介素4干预巨噬细胞极化及脂肪间充质干细胞的成骨分化[J]. 中国组织工程研究, 2026, 30(31): 8077-8083.

Wang Jing, Shi Haijie, Zhang Mengmeng, Zhang Jinyong, Wang Miaomiao, Tang Lin. Interleukin-4 modulates macrophage polarization and osteogenic differentiation of adipose-derived mesenchymal stem cells[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2026, 30(31): 8077-8083.

图/表（结果） 7

2.1 不同质量浓度白细胞介素4对脂肪间充质干细胞黏附、增殖及成骨分化的影响 如图3所示，空白对照组、30 μg/L白细胞介素4组、60 μg/L白细胞介素4组脂肪间充质干细胞的黏附、增殖及成骨分化能力没有显著差异。

2.2 不同质量浓度白细胞介素4诱导巨噬细胞极化对脂肪间充质干细胞黏附和增殖的影响 如图4A所示，脂肪间充质干细胞和巨噬细胞共同培养，在不同质量浓度白细胞介素4作用下，脂肪间充质干细胞都保持多边形形状，铺展良好，空白对照组、30 μg/L白细胞介素4诱导组和60 μg/L白细胞介素4诱导组鬼笔环肽的整合密度没有显著差异。
如图4B所示，随培养时间延长，各组细胞活性都明显增强，培养6 d时30 μg/L白细胞介素4诱导组细胞增殖水平明显高于其他2组(P < 0.05)；第8天时30 μg/L白细胞介素4诱导组增殖水平最强(P < 0.05)，可能是白细胞介素4诱导巨噬细胞向M2型极化增加了脂肪间充质干细胞的细胞活力，促进脂肪间充质干细胞增殖。

2.3 不同质量浓度白细胞介素4诱导巨噬细胞极化对脂肪间充质干细胞成骨分化的影响
2.3.1 RT-qPCR检测成骨基因的表达 如图5所示，成骨基因碱性磷酸酶、Ⅰ型胶原、骨钙素、Runt相关转录因子2 mRNA表达均升高，30 μg/L白细胞介素4诱导组成骨基因表达水平最高，差异有显著性意义(P < 0.05)。

2.3.2 碱性磷酸酶染色和茜素红染色 如图6A、C所示，30 μg/L白细胞介素4诱导组碱性磷酸酶染色和茜素红染色程度明显高于其他2组(P < 0.05)，这与半定量分析结果一致(图6B、D)，各时间点30 μg/L白细胞介素4诱导组脂肪间充质干细胞的碱性磷酸酶活性和矿化水平均高于其他2组，差异均有显著性意义(P < 0.05)。

2.3.3 免疫荧光检测各组脂肪间充质干细胞骨钙素蛋白表达 如图7A所示，30 μg/L白细胞介素4诱导组骨钙素的荧光(绿色)强度最高，其次是60 μg/L白细胞介素4诱导组和空白对照组，差异均有显著性意义(P < 0.05)。与定量分析结果一致(图7B)，表明巨噬细胞用白细胞介素4诱导后能够显著促进脂肪间充质干细胞的成骨分化，且30 μg/L白细胞介素4诱导的效果最佳。

2.4 不同质量浓度白细胞介素4对巨噬细胞极化的影响 如图8所示，与空白对照组相比，30 μg/L白细胞介素4诱导组和60 μg/L白细胞介素4诱导组增加了巨噬细胞M2标记CD206 mRNA表达，减少了巨噬细胞M1标记CCR7 mRNA表达，且30 μg/L白细胞介素4组效果更显著(P < 0.05)，表明巨噬细胞用白细胞介素4诱导后倾向于向M2型极化，且30 μg/L白细胞介素4诱导的效果最佳。

2.5 白细胞介素4在不同时间点对巨噬细胞极化和脂肪间充质干细胞成骨分化的影响 如图9A所示，从第2-8天组到第8天组，M2型巨噬细胞表型标记物CD206表达逐渐降低，M1型巨噬细胞表型标记物CCR7表达逐渐升高，第2-8天组CD206表达水平最高，表明此组倾向于诱导更多的M2巨噬细胞产生。第8天组巨噬细胞CCR7表达水平最高，表明第8天组倾向于诱导更多的M1巨噬细胞产生。在第14天时，RT-qPCR检测脂肪间充质干细胞时间依赖性成骨作用，如图9B所示，成骨基因(碱性磷酸酶、Ⅰ型胶原、骨钙素及Runt相关转录因子2)的表达水平在第4-8天组最高，差异均有显著性意义(P < 0.05)，这说明良好的骨修复并非依赖于M2巨噬细胞的绝对数量，而在于M1与M2之间的协同作用和动态平衡，适度的M1炎症启动是修复的前提，而后续向M2的序贯性极化对促进成骨至关重要，二者共同营造出更有利于成骨的免疫微环境。

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引言

颌面部骨缺损及骨折不愈合严重影响美观和功能。随着骨组织工程研究的深入，利用生物材料联合干细胞及生长因子修复骨缺损成为极具潜力的方案。
多项研究发现，组织工程骨的成骨效果在体内植入和体外培养时并不一致。随着骨免疫学的发展，材料植入体内后首先触发免疫反应已经达成共识。LIN等[1-5]研究人员发现，将组织工程骨植入体内后，早期充斥在材料周围的是大量炎症细胞。巨噬细胞具有高度的异质性和可塑性，是免疫系统中促进骨修复与再生的重要靶细胞[6]。巨噬细胞的极化状态与组织工程骨植入后的炎症反应和组织重塑密切相关。研究表明，巨噬细胞M2极化可通过调节骨免疫促进组织重塑[7-8]。
白细胞介素4是巨噬细胞极化的关键调节因子，具有多种免疫调节效应，可诱导巨噬细胞由M1型向M2型转换，同时也是促进骨再生的正向调节因子[9-10]。张洁等[11]研究证实了白细胞介素4能上调Janus激酶1/信号转导和转录活化因子6通路，抑制NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3活化，促进巨噬细胞从M1型向M2型极化转换，进而增强骨髓间充质干细胞的成骨分化水平。YU等[12]研究指出脱细胞甲床支架植入可促进白细胞介素4诱导巨噬细胞向M2极化，增加Runt相关转录因2的表达，从而增强成骨分化。在大鼠颅骨缺损模型中，局部注射白细胞介素4可调节骨缺损区巨噬细胞M1/M2极化比例，使M2型巨噬细胞增多、M1型巨噬细胞减少，从而早期抑制NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3炎性小体的激活，促进成骨[13]。以上研究表明，诱导增加M2型巨噬细胞，可促进骨修复。但现有研究主要集中在白细胞介素4单一浓度、单一时间点的应用，其在不同剂量、时间递送下的作用模式尚不清晰。实际上，骨修复过程是动态变化的，不同阶段的免疫需求和干细胞分化状态存在差异，单一变量的调控难以满足骨组织再生的复杂性。
脂肪间充质干细胞的性质和功能受各种炎症因子(干扰素γ、白细胞介素1β和肿瘤坏死因子α)的调节，但白细胞介素4对脂肪间充质干细胞影响的研究相对较少，基于此，该研究提出白细胞介素4浓度-时间双变量调控的新思路，通过评估不同质量浓度白细胞介素4对巨噬细胞极化、脂肪间充质干细胞增殖及成骨分化的影响，并探讨在不同时间递送白细胞介素4对脂肪间充质干细胞成骨分化的影响，以揭示免疫调控在骨组织修复中的时空依赖性机制。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞；骨髓干细胞；造血干细胞；脂肪干细胞；肿瘤干细胞；胚胎干细胞；脐带脐血干细胞；干细胞诱导；干细胞分化；组织工程

材料方法

1.1 设计 细胞学体外实验。实验方案设计见图1。

1.2 时间及地点 实验于2023年8月至2024年12月在沧州医学高等专科学校创新实验室完成。
1.3 材料 大鼠脂肪间充质干细胞、大鼠巨噬细胞(Procell公司，中国)；白细胞介素4(Peprotech公司，美国)；L-DMEM、胎牛血清(Gibco公司，美国)；巨噬细胞集落刺激因子(Peprotech公司，美国)；CCK-8(武汉博士德公司，中国)；RT-qPCR试剂盒(天根生化科技有限公司，中国)；碱性磷酸酶染色试剂盒(碧云天生物技术有限公司，中国)；茜素红染色试剂盒(Solarbio公司，中国)；骨钙素单克隆抗体(Thermo公司，美国)；地塞米松、维生素D3、β-磷酸甘油钠、抗坏血酸(Sigma公司，美国)；激光共聚焦显微镜(Andor，英国)；酶标仪(Molecular Devices，美国)；实时荧光定量PCR仪(Thermo，美国)。
1.4 实验方法
1.4.1 细胞的复苏 将冻存的细胞从液氮中取出，立即置于37 ℃水浴箱，轻轻振荡使细胞快速融化。在超净工作台内，向冻存管加入适量培养基，混匀后转移至离心管中，1 000 r/min离心5 min，弃去上清，将细胞沉淀分别重悬于适宜的培养基中：脂肪间充质干细胞重悬于含体积分数10%胎牛血清的L-DMEM培养基，巨噬细胞则重悬于含30 ng/mL巨噬细胞集落刺激因子的DMEM培养基，随后置于37 ℃、体积分数5% CO₂恒温培养箱中培养，每隔3 d更换1次培养液。
1.4.2 不同质量浓度白细胞介素4对脂肪间充质干细胞黏附、增殖及成骨分化的影响
(1)分组：各组脂肪间充质干细胞以每孔3×104密度接种于24孔板中，进行如下分组处理。①空白对照组：脂肪间充质干细胞+成骨培养液 (DMEM+10 mmol/L β-磷酸甘油钠+0.05 g/L抗坏血酸+0.1 μmol/L地塞米松)+0 μg/L白细胞介素4；②30 μg/L白细胞介素4组：脂肪间充质干细胞+成骨培养液+30 μg/L白细胞介素4；③60 μg/L白细胞介素4组：脂肪间充质干细胞+成骨培养液+60 μg/L白细胞介素4。
(2)鬼笔环肽染色：各组细胞孵育3 d后，40 g/L多聚甲醛溶液固定30 min，含0.5% Triton X-100的PBS透膜处理10 min，随后加入FITC标记的鬼笔环肽液孵育30 min，用Hoechst 33258染料复染15 min，在共聚焦显微镜下观察细胞的形态变化。
(3)细胞增殖检测：将100 µL细胞浓度为2×1010 L-1的细胞悬液接种于96孔板中，在37 ℃、体积分数5% CO2条件下根据分组进行干预，在第2，4，6，8 天时每孔加CCK-8培养液10 µL，孵育1.5 h，酶标仪测量450 nm处的吸光度值。

(4)RT-qPCR检测成骨基因的表达：各组细胞孵育14 d后，RNA提取试剂盒提取细胞总RNA，检测RNA浓度，使用反转录试剂盒合成cDNA，用SYBR Green Realtime PCR Master Mix为染料进行RT-qPCR定量分析。引物扩增程序如下：95 ℃预变性15 min，95 ℃变性10 s，60 ℃退火40 s，进行40个循环。每组4个复孔，重复3次。用2-ΔΔCt 法分析数据，计算碱性磷酸酶、Ⅰ型胶原、骨钙素、Runt相关转录因子2 mRNA的相对表达量。引物序列见表1。

1.4.3 不同质量浓度白细胞介素4诱导巨噬细胞极化对脂肪间充质干细胞黏附、增殖及成骨分化的影响
(1)分组：各组脂肪间充质干细胞(每孔3×104)和巨噬细胞(每孔3×104)混合接种于24孔板中，进行如下分组处理。①空白对照组：脂肪间充质干细胞+巨噬细胞+成骨培养液+0 μg/L白细胞介素4；②30 μg/L白细胞介素4诱导组：脂肪间充质干细胞+巨噬细胞+成骨培养液+30 μg/L白细胞介素4；③60 μg/L白细胞介素4诱导组：脂肪间充质干细胞+巨噬细胞+成骨培养液+60 μg/L白细胞介素4。
(2)鬼笔环肽染色：以上各组细胞孵育3 d后，观察细胞形态，方法同1.4.2(2)。
(3)细胞增殖检测：以上各组细胞在孵育第2，4，6，8天，检测细胞增殖情况，方法同1.4.2(3)。
(4)RT-qPCR检测成骨基因的表达：以上各组细胞孵育14 d后，RT-qPCR检测成骨标记基因的表达，方法同1.4.2(4)。
(5)碱性磷酸酶活性检测：各组细胞孵育7 d后，室温下40 g/L多聚甲醛固定细胞2 min，随后在避光条件下用碱性磷酸酶染色试剂染色5 min，最后显微镜下观察并采集图像。各组细胞孵育7，14 d时，根据碱性磷酸酶检测试剂盒说明书进行操作，检测细胞碱性磷酸酶活性。
(6)茜素红染色：各组细胞孵育14 d后，40 g/L多聚甲醛固定细胞25 min，使用40 mmol/L茜素红溶液(pH=4.1)在室温下染色20 min，PBS冲洗后在显微镜下观察并拍照。随后加入100 mmol/L氯化十六烷基吡啶溶解矿化结节，取100 μL染色液，在酶标仪562 nm波长下测定吸光度值，定量分析矿化结节。
(7)免疫荧光染色：各组细胞孵育14 d后，PBS清洗细胞2次，40 g/L多聚甲醛固定细胞25 min，用5% BSA封闭1 h后，加入稀释的骨钙素一抗(1∶100)于4 ℃条件下孵育过夜，次日，PBS清洗后，室温避光孵育二抗(1∶50)1 h，用DAPI染色15 min并进行封固处理，荧光共聚焦显微镜观察细胞，并用Image J软件对荧光强度进行定量分析。

1.4.4 不同质量浓度白细胞介素4对巨噬细胞极化的影响 分组同1.4.3(1)，将巨噬细胞(每孔3×104)与脂肪间充质干细胞(每孔3×104)接种于12孔板，分别加入0，30，60 μg/L白细胞介素4诱导48 h。RT-qPCR检测CCR7、CD206 mRNA的相对表达量，方法同1.4.2(4)。引物序列见表2。

1.4.5 白细胞介素4在不同时间点对巨噬细胞极化和脂肪间充质干细胞成骨分化的影响 以上实验得到诱导巨噬细胞M2极化及促进脂肪间充质干细胞成骨分化的最佳白细胞介素4质量浓度，以此质量浓度进行以下实验。分组：①第2-8天组：于第2天开始向培养基递送最佳质量浓度白细胞介素4；②第4-8天组：于第4天开始递送白细胞介素4；③第6-8天组：于第6天开始递送白细胞介素4；④第8天组：仅于第8天递送白细胞介素4，见图2。将脂肪间充质干细胞和巨噬细胞以1∶1接种至24孔板中，加入成骨培养液，分别在第2，4，6，8天，每天将最佳质量浓度的白细胞介素4添加到各组培养基中，每天更换培养基至第9天。从第9天开始，每3天更换1次培养基(不含白细胞介素4)。第9天，RT-qPCR检测巨噬细胞标记物CCR7和CD206的表达。第14天，RT-qPCR检测成骨相关基因的表达。

1.5 主要观察指标 ①鬼笔环肽染色检测脂肪间充质干细胞的形态及黏附情况；②CCK-8检测脂肪间充质干细胞的增殖活性；③RT-qPCR检测M1和M2巨噬细胞标志物CCR7和CD206的mRNA表达；④RT-qPCR检测成骨相关基因碱性磷酸酶、Ⅰ型胶原、骨钙素和Runt相关转录因子2的mRNA表达；⑤碱性磷酸酶染色、茜素红染色检测成骨分化情况；⑥免疫荧光检测骨钙素的表达。
1.6 统计学分析 每组实验重复3次，实验数据用SPSS 23.0软件进行统计分析。计量数据以x±s表示，实验结果图由GraphPad Prism 8.0制作。多组间差异采用单因素方差分析，P < 0.05为差异有显著性意义。文章统计学方法已经通过沧州医学高等专科学校统计学专家审核。

讨论

组织工程的研究重点是用生物材料诱导干细胞定向分化。生物材料的组成成分及其固有特性(如表面形貌、力学硬度)可诱导细胞分化、促进组织整合修复。此外，免疫细胞如巨噬细胞，可与来源于特定组织的干细胞相互作用，调节组织再生过程，因此有必要深入研究调控干细胞与宿主免疫系统相互作用的机制。
骨修复涉及骨骼与免疫系统等多系统协同作用，经历炎症期、修复期与重塑期3个阶段[14-15]。巨噬细胞作为固有免疫核心细胞，可随微环境在M1与M2表型间转化，二者比例失衡将干扰修复进程[16]。M1型巨噬细胞分泌促炎因子，主导Th1免疫应答，在损伤早期清除异物并促进基质矿化，但持续存在易导致炎症过度和骨溶解[17-20]。M2型巨噬细胞则分泌抗炎因子，诱发Th2免疫应答，抑制炎症并推动组织再生与血管成熟，是修复中后期的主要功能细胞[21-26]。研究表明，M1型巨噬细胞启动血管生成，M2型巨噬细胞促进血管成熟，时序性完成从M1向M2型极化转换，是促进干细胞成骨、实现高效骨愈合的关键。
该研究结果显示，30 μg/L白细胞介素4诱导组和60 μg/L白细胞介素4诱导组脂肪间充质干细胞的成骨能力显著增强，证明白细胞介素4介导了骨组织的生成。RT-qPCR检测结果显示，30 μg/L白细胞介素4诱导组脂肪间充质干细胞中成骨基因碱性磷酸酶、Ⅰ型胶原、骨钙素和Runt相关转录因子2的表达水平较高；免疫荧光观察结果趋势相似，表明30 μg/L白细胞介素4诱导组的巨噬细胞分泌了较多促成骨细胞因子，促进了脂肪间充质干细胞的成骨。这与图7B的结果一致，30 μg/L白细胞介素4诱导组中M2巨噬细胞生物标志物CD206 mRNA表达显著提升。
研究显示，组织损伤后早期的炎症反应可启动再生过程，而在后续修复阶段，体内微环境由促炎状态向抗炎状态转化，有助于激活干细胞的再生能力，并减少持续性炎症对组织修复的不良影响。在骨再生过程中，适时、适度的炎症调控尤为关键。研究表明，损伤初期在骨折区短时间使用促炎细胞因子(如肿瘤坏死因子α)有助于加快骨折修复，若持续释放反而抑制骨再生修复[27]，这一过程中炎症微环境的变化，主要是由于M1型巨噬细胞向M2型转变，后者能促进细胞外基质合成、血管新生及成骨分化。
M1型巨噬细胞早期可清除坏死组织，并促进基质矿化；而M2型巨噬细胞则主导后期修复，促进组织的重建与成骨，两者需保持动态平衡，过度倾向任一表型均不利于成骨。该研究将白细胞介素4递送延后至第4天，即正常骨愈合过程中炎症开始消退的关键时间点，以协调M1/M2转化。如图8所示，白细胞介素4干预具有明显时间依赖性，第4-8天组在改善免疫微环境与增强成骨方面效果最佳，说明适时推进M2极化可有效优化骨修复结局。
在机制上，白细胞介素4可有效驱动巨噬细胞向M2表型极化。作为白细胞介素4受体的配体，白细胞介素4与受体结合后激活Janus激酶，使其发生磷酸化，进而持续磷酸化信号转导和转录活化因子6。活化的信号转导和转录活化因子6转入细胞核内调控下游基因表达，促进M2型极化。M2型巨噬细胞高表达CD206、清道夫受体及Toll样受体等标志分子，并分泌转化生长因子β、白细胞介素10等抗炎因子，在抑制炎症、促进血管生成和组织修复中发挥关键作用[28-29]。然而，骨修复的顺利进行不仅依赖于M2型巨噬细胞，还需建立在M1/M2表型平衡转换的基础上，早期M1的炎症反应为修复奠定了基础，而适时转向M2表型则促进了基质的成熟与矿化。因此，协调两种表型的时空动态，而非单纯增强M2极化，才能真正提升骨再生效果。
该研究的创新性在于系统探讨了白细胞介素4的不同给药剂量和干预时机对成骨效应的影响。30 μg/L白细胞介素4诱导组碱性磷酸酶、Ⅰ型胶原、骨钙素及Runt相关转录因子2等成骨相关基因的表达均显著上调。尽管已有文献提示M2型巨噬细胞极化可促进骨形成[30-31]，但也有研究报道过度极化的M2型巨噬细胞可诱发组织纤维化，并促进巨噬细胞在体外融合为异物巨细胞[32]，进而抑制成骨过程。因此，在今后的研究中，需进一步明确白细胞介素4的精确调控机制，以平衡M1/M2巨噬细胞的表型转换，避免因M2过度极化所致的不良效应，从而为构建具有良好骨免疫调控功能的生物材料提供理论支撑。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：干细胞；骨髓干细胞；造血干细胞；脂肪干细胞；肿瘤干细胞；胚胎干细胞；脐带脐血干细胞；干细胞诱导；干细胞分化；组织工程

白细胞介素4干预巨噬细胞极化及脂肪间充质干细胞的成骨分化

Interleukin-4 modulates macrophage polarization and osteogenic differentiation of adipose-derived mesenchymal stem cells

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