Macrophages (MPs) are important for skeletal muscle regeneration in vivo and may exert beneficial effects on myogenic cell growth through mitogenic and antiapoptotic activities in vitro. However, MPs are highly versatile and may exert various, and even opposite, functions depending on their activation state. We studied monocyte (MO)/MP phenotypes and functions during skeletal muscle repair. Selective labeling of circulating MOs by latex beads in CX3CR1GFP/+ mice showed that injured muscle recruited only CX3CR1lo/Ly-6C+ MOs from blood that exhibited a nondividing, F4/80lo, proinflammatory profile. Then, within muscle, these cells switched their phenotype to become proliferating antiinflammatory CX3CR1hi/Ly-6C− cells that further differentiated into F4/80hi MPs. In vitro, phagocytosis of muscle cell debris induced a switch of proinflammatory MPs toward an antiinflammatory phenotype releasing transforming growth factor β1. In co-cultures, inflammatory MPs stimulated myogenic cell proliferation, whereas antiinflammatory MPs exhibited differentiating activity, assessed by both myogenin expression and fusion into myotubes. Finally, depletion of circulating MOs in CD11b–diphtheria toxin receptor mice at the time of injury totally prevented muscle regeneration, whereas depletion of intramuscular F4/80hi MPs at later stages reduced the diameter of regenerating fibers. In conclusion, injured skeletal muscle recruits MOs exhibiting inflammatory profiles that operate phagocytosis and rapidly convert to antiinflammatory MPs that stimulate myogenesis and fiber growth.

Macrophages control the resolution of inflammation through the transition from a proinflammatory (M1) to an anti-inflammatory (M2) phenotype. Here, we present evidence for a role of AMPKα1, a master regulator of energy homeostasis, in macrophage skewing that occurs during skeletal muscle regeneration. Muscle regeneration was impaired in AMPKα1−/− mice. In vivo loss-of-function (LysM-Cre;AMPKα1fl/fl mouse) and rescue (bone marrow transplantation) experiments showed that macrophagic AMPKα1 was required for muscle regeneration. Cell-based experiments revealed that AMPKα1−/− macrophages did not fully acquire the phenotype or the functions of M2 cells. In vivo, AMPKα1−/− leukocytes did not acquire the expression of M2 markers during muscle regeneration. Skewing from M1 toward M2 phenotype upon phagocytosis of necrotic and apoptotic cells was impaired in AMPKα1−/− macrophages and when AMPK activation was prevented by the inhibition of its upstream activator, CaMKKβ. In conclusion, AMPKα1 is crucial for phagocytosis-induced macrophage skewing from a pro- to anti-inflammatory phenotype at the time of resolution of inflammation.

Abstract Macrophages (MPs) exert either beneficial or deleterious effects on tissue repair, depending on their activation/polarization state. They are crucial for adult skeletal muscle repair, notably by acting on myogenic precursor cells. However, these interactions have not been fully characterized. Here, we explored both in vitro and in vivo, in human, the interactions of differentially activated MPs with myogenic precursor cells (MPCs) during adult myogenesis and skeletal muscle regeneration. We showed in vitro that through the differential secretion of cytokines and growth factors, proinflammatory MPs inhibited MPC fusion while anti-inflammatory MPs strongly promoted MPC differentiation by increasing their commitment into differentiated myocytes and the formation of mature myotubes. Furthermore, the in vivo time course of expression of myogenic and MP markers was studied in regenerating human healthy muscle after damage. We observed that regenerating areas containing proliferating MPCs were preferentially associated with MPs expressing proinflammatory markers. In the same muscle, regenerating areas containing differentiating myogenin-positive MPCs were preferentially coupled to MPs harboring anti-inflammatory markers. These data demonstrate for the first time in human that MPs sequentially orchestrate adult myogenesis during regeneration of damaged skeletal muscle. These results support the emerging concept that inflammation, through MP activation, controls stem cell fate and coordinates tissue repair.