巨噬細(xì)胞移動(dòng)抑制因子在心肌缺血中的雙重作用

鄧湘寧　王新宇　高　煒

100191 北京大學(xué)第三醫(yī)院心內(nèi)科(衛(wèi)生部心血管分子生物學(xué)與調(diào)節(jié)肽重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及分子心血管學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

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·綜述·

巨噬細(xì)胞移動(dòng)抑制因子在心肌缺血中的雙重作用

鄧湘寧王新宇高煒

100191 北京大學(xué)第三醫(yī)院心內(nèi)科(衛(wèi)生部心血管分子生物學(xué)與調(diào)節(jié)肽重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及分子心血管學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

【摘要】巨噬細(xì)胞移動(dòng)抑制因子(MIF)參與心肌缺血的發(fā)生、發(fā)展，具有介導(dǎo)炎癥反應(yīng)，誘發(fā)和加重心肌損傷，以及改善心肌能量代謝、保護(hù)心肌的雙重作用。這種雙重作用可能與心肌缺血過程中不同來源的MIF有關(guān)。MIF可能成為心肌缺血的新型生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】巨噬細(xì)胞移動(dòng)抑制因子；心肌缺血；炎癥因子；心肌保護(hù)

巨噬細(xì)胞移動(dòng)抑制因子(macrophage migration inhibition factor，MIF)是一種體內(nèi)廣泛存在的、具有炎性趨化因子、神經(jīng)內(nèi)分泌激素及酶等多種生物活性的蛋白。近年研究發(fā)現(xiàn)，MIF與心肌缺血關(guān)系密切。MIF既能激活炎癥網(wǎng)絡(luò)誘發(fā)并加重心肌損傷，也能調(diào)節(jié)代謝及氧化還原反應(yīng)啟動(dòng)心肌保護(hù)。本文主要介紹MIF在心肌缺血過程中的雙重作用及其臨床價(jià)值。

1MIF概述

1.1MIF的分泌及結(jié)構(gòu)

MIF在體內(nèi)的分泌主要受下丘腦-垂體系統(tǒng)的調(diào)控，糖皮質(zhì)激素也參與部分調(diào)節(jié)[1]。與其他細(xì)胞因子經(jīng)典合成分泌模式不同，MIF以前體形式大量?jī)?chǔ)存于胞質(zhì)細(xì)胞池中，在內(nèi)毒素、缺血、缺氧等刺激下無需合成，直接、大量、快速地釋放，發(fā)揮生物學(xué)功能，具有炎癥放大效應(yīng)[2]。MIF在體內(nèi)廣泛分布于各種細(xì)胞、組織及器官，在單核巨噬細(xì)胞、心肌細(xì)胞及血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)均有不同程度表達(dá)[3]。

MIF以同源三聚體的形式組成一個(gè)末端開放、中空筒狀的三級(jí)結(jié)構(gòu)，與其他已知的蛋白間無明顯氨基酸同源性。人與其他哺乳動(dòng)物的MIF同源性高達(dá)90%[2-3]。MIF獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和基因的高度保守性，體現(xiàn)了其功能的重要性。人類MIF基因在4個(gè)位點(diǎn)上存在多態(tài)性，其中MIF-173 G/C、MIF-794 CATT5-8能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄過程，影響MIF活性，與冠心病的發(fā)生相關(guān)[2, 4]。

1.2MIF的生物學(xué)功能

MIF最早在活化的T細(xì)胞中被發(fā)現(xiàn)[2]，具有多效性，并與其他細(xì)胞因子存在緊密聯(lián)系。作為一種促炎因子，MIF與動(dòng)脈粥樣硬化(AS)等急、慢性炎性疾病相關(guān)，其在自身免疫性疾病、感染性疾病、惡性腫瘤中的致病作用也已被證實(shí)[2-3, 5-6]。MIF能抑制巨噬細(xì)胞隨機(jī)游走，增強(qiáng)其黏附、聚集、吞噬、浸潤及活化能力，還能促進(jìn)其他多種炎癥因子的分泌；而這些炎癥因子又可反作用于單核巨噬細(xì)胞，促進(jìn)MIF釋放，形成惡性循環(huán)，加劇炎癥反應(yīng)[2-3]。MIF通過與CXC趨化因子家族、CD74 等受體結(jié)合，作用于c-JUN激活區(qū)結(jié)合蛋白-1(Jab-1)、c-JUN氨基末端激酶(JNK)、細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)等信號(hào)分子，調(diào)節(jié)細(xì)胞代謝，介導(dǎo)細(xì)胞凋亡[7]。MIF還具有互變異構(gòu)酶活性和氧化還原酶活性[8]。作為一種神經(jīng)內(nèi)分泌激素，MIF是體內(nèi)唯一可以拮抗糖皮質(zhì)激素抗炎作用的激素[1]，還能影響胰島素的釋放及糖代謝[3, 9]。

2MIF在心肌缺血過程中的作用機(jī)制

2.1MIF在心肌缺血過程中的致病作用

2.1.1參與AS的形成并影響斑塊穩(wěn)定性AS是心肌缺血發(fā)生的病理基礎(chǔ)，是血管壁對(duì)損傷和刺激的慢性炎癥及免疫反應(yīng)。MIF能激活炎癥網(wǎng)絡(luò)，參與AS形成[10]。在AS不同階段，MIF有不同程度表達(dá)：脂質(zhì)條紋期升高，粥樣斑塊期達(dá)到高峰，斑塊穩(wěn)定期下降，主要分布于巨噬細(xì)胞聚集處[11]。MIF還與氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)存在協(xié)同作用，隨著AS病變進(jìn)展，MIF的表達(dá)與血管內(nèi)膜中層厚度和脂質(zhì)沉積增加顯著相關(guān)[12]。MIF也能拮抗糖皮質(zhì)激素的抗炎作用及胰島素抵抗，加速AS進(jìn)程。在AS斑塊中，基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)及其抑制物動(dòng)態(tài)失衡，使膠原降解，纖維帽變薄松動(dòng)，斑塊不穩(wěn)定，血栓易形成，導(dǎo)致急性心肌缺血。MIF可以直接促進(jìn)不穩(wěn)定斑塊中MMP-1和MMP-9的釋放，也能刺激巨噬細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞分泌MMP，還能促進(jìn)血管生成因子和相關(guān)基因的表達(dá)，誘發(fā)新生毛細(xì)血管形成，導(dǎo)致斑塊破裂[10-11]。Kong等[13]通過免疫雙染技術(shù)觀察到，在AS易損斑塊中MIF和MMP-9水平升高，且存在共定位。隨著MIF水平的上升，斑塊內(nèi)MMP-9的mRNA和蛋白表達(dá)水平顯著升高。

2.1.2介導(dǎo)心肌缺血過程中的炎癥反應(yīng)作為一種促炎因子，在急性心肌缺血時(shí)MIF通過介導(dǎo)炎癥反應(yīng)發(fā)揮致病作用。適度的炎癥反應(yīng)對(duì)損傷修復(fù)是必要的，但過度的局域炎癥及免疫應(yīng)答會(huì)導(dǎo)致大量心肌細(xì)胞死亡。Gao等[14]發(fā)現(xiàn)，與野生型(WT)小鼠相比，MIF基因敲除(MIF-KO)小鼠心肌梗死面積較小，其心肌壞死區(qū)域巨噬細(xì)胞的聚集減少了70%，局部炎癥反應(yīng)減弱，心肌細(xì)胞凋亡減少，心臟驟停發(fā)生率降低，心室擴(kuò)張及心功能不全程度減輕。Liehn等[15]對(duì)心肌梗死后60 min小鼠使用抗MIF抗體，心肌梗死面積減小。MIF-KO小鼠體內(nèi)的腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)等炎癥細(xì)胞因子，JNK、Jab1、p38等信號(hào)介導(dǎo)分子以及MMP-2、MMP-9等影響斑塊穩(wěn)定性的蛋白表達(dá)水平較對(duì)照組明顯下降[2, 8]。

2.2MIF在心肌缺血早期的心肌保護(hù)作用

MIF在心肌缺血早期發(fā)揮保護(hù)心肌的作用。在Miller等[16]的研究中，經(jīng)過短期(15 min)缺血處理后，MIF-KO小鼠的心肌梗死面積明顯大于WT小鼠。

腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)是一種細(xì)胞能量狀態(tài)的關(guān)鍵傳感器，它能催化葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)和攝取、糖酵解及脂肪酸氧化等，抑制能量消耗，促進(jìn)三磷酸腺苷(ATP)的產(chǎn)生。在缺血早期心臟釋放的MIF能激活A(yù)MPK，促進(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體-4的膜轉(zhuǎn)運(yùn),增加糖類攝取，再灌注時(shí)MIF上調(diào)脂肪酸氧化，提供代謝支持，減少了心肌梗死面積[2-3，8]。Miller等[16]發(fā)現(xiàn)，與WT小鼠相比，MIF-KO小鼠體內(nèi)AMPK活性、糖攝取均明顯減低。JNK是一種能通過促進(jìn)Bcl-2蛋白家族磷酸化激活下游凋亡信號(hào)的蛋白，MIF能抑制JNK活性，從而減少細(xì)胞凋亡。當(dāng)缺血發(fā)生后，心肌細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生大量活性氧，加重氧化應(yīng)激[8]。MIF通過巰基-半胱氨酸途徑減弱細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激，減輕缺血后心肌損傷[8]。Koga等[17]研究了MIF缺失的心肌細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)其線粒體和細(xì)胞基質(zhì)蛋白氧化顯著增加。然而MIF的心肌保護(hù)作用僅限于缺血早期(<30 min)，長(zhǎng)時(shí)間缺血使其保護(hù)作用消失[2, 17]。

3MIF的雙重作用可能與其不同來源相關(guān)

在缺血、缺氧刺激下，心肌梗死早期血漿MIF水平迅速升高。急性心肌梗死組患者的血漿MIF水平在心肌梗死發(fā)作后4～6 h即迅速、顯著升高，24 h達(dá)高峰，而不穩(wěn)定心絞痛組及對(duì)照組患者的MIF水平并沒有明顯變化，提示MIF主要來源于壞死心肌細(xì)胞[2]。Chan等[18]通過建立冠狀動(dòng)脈閉塞小鼠模型也發(fā)現(xiàn)，缺血壞死心肌內(nèi)的MIF減少約40%，免疫組化提示壞死心肌細(xì)胞池內(nèi)MIF染色缺失。這進(jìn)一步證實(shí)，心肌梗死時(shí)大量MIF從壞死的心肌細(xì)胞池中釋放入血，發(fā)揮生物效應(yīng)，而壞死心肌細(xì)胞中MIF量減少。

Gao等[14]和White等[19]動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)急性ST段抬高型心肌梗死患者的血漿MIF水平，發(fā)現(xiàn)曲線圖呈M形，具有雙峰，第一次達(dá)峰約出現(xiàn)于梗死后24 h，第二次達(dá)峰約出現(xiàn)于梗死后7～14 d，這表明除壞死心肌細(xì)胞之外，心肌缺血后血漿MIF還有其他來源。研究發(fā)現(xiàn)，梗死后即時(shí)外周血白細(xì)胞與單核細(xì)胞的升高程度與預(yù)后明顯相關(guān)[2]；該研究組繼續(xù)追蹤心肌梗死患者外周血單核細(xì)胞MIF水平的變化后發(fā)現(xiàn)，心肌缺血即刻(3 h內(nèi))外周血單核細(xì)胞MIF水平并不高，但從第3天起明顯上升，且對(duì)梗死后小鼠前3 d連續(xù)使用MIF抑制劑，可顯著削弱MIF水平曲線的第二高峰，降低心臟破裂的風(fēng)險(xiǎn)。這提示心源性MIF激活外周單核細(xì)胞釋放MIF，形成了第二高峰。

為探究雙重作用與不同來源的關(guān)系，Gao等[14]和White等[20]應(yīng)用外周WT/心臟MIF-KO(KOWT)及骨髓WT/白細(xì)胞MIF-KO(WTKO)小鼠分別建立心肌缺血再灌注模型，發(fā)現(xiàn)KOWT小鼠心肌梗死后心臟破裂風(fēng)險(xiǎn)高，還伴有嚴(yán)重的心室擴(kuò)大及心功能不全，而WTKO小鼠巨噬細(xì)胞聚集減弱，避免了心肌損傷，心臟破裂風(fēng)險(xiǎn)明顯減低。由以上研究結(jié)果推斷，在心肌缺血早期，MIF主要來源于壞死心肌細(xì)胞，對(duì)心肌起保護(hù)作用，形成血漿MIF水平曲線第一高峰；隨著缺血時(shí)間延長(zhǎng)、程度加重，心源性MIF激活外周循環(huán)單核細(xì)胞釋放大量MIF，形成第二高峰，與其他炎癥因子和致炎物質(zhì)相互作用，加重局部炎癥浸潤，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡、壞死，促進(jìn)心臟重構(gòu)，使左室功能下降。

4MIF可能成為心肌缺血治療新靶點(diǎn)及新型生物標(biāo)志物

Sun等[21]發(fā)現(xiàn)，使用腺病毒抑制MIF基因可以減輕炎癥反應(yīng)，減輕AS，穩(wěn)定斑塊。Muller等[22-23]通過觀察被注射內(nèi)源性MIF抗體Gremlin-1的載脂蛋白E缺陷小鼠發(fā)現(xiàn)，Gremlin-1可以削弱MIF依賴的炎癥反應(yīng)，減輕心肌損傷。此外，異硫氰酸鹽、聯(lián)芳基三唑化合物也能不同程度地抑制MIF活性[24]。Wang等[25]在缺血早期對(duì)小鼠心肌灌注小分子MIF激動(dòng)劑MIF20，發(fā)現(xiàn)其能補(bǔ)充缺血心肌細(xì)胞內(nèi)的AMPK信號(hào)分子，從而減輕AMPK缺乏引起的心肌損傷。上述研究均提示MIF可能成為心肌缺血治療的新靶點(diǎn)。

急性心肌缺血的早期診斷和預(yù)后評(píng)估取決于心肌標(biāo)志物開始升高的時(shí)間和心肌梗死面積。肌酸激酶同工酶(CK-MB)、肌鈣蛋白(cTn)等常用心肌標(biāo)志物的升高主要依靠細(xì)胞降解，存在升高延遲。MIF憑借非經(jīng)典分泌途徑可能成為有優(yōu)勢(shì)的新型心肌損傷標(biāo)志物。Chan等[18]發(fā)現(xiàn)，心肌缺血壞死后MIF的釋放早于CK-MB及cTn，71% 急性ST段抬高型心肌梗死患者就診時(shí)即有MIF水平升高，而其他心肌標(biāo)志物僅有20%～30%升高；梗死后即刻MIF水平與心肌梗死面積呈正比，而與心臟重構(gòu)程度成反比。Müller等[22]發(fā)現(xiàn)，急性冠脈綜合征患者的血漿MIF及其內(nèi)源性抗體Gremlin-1水平均明顯升高；血管造影也證實(shí)Gremlin-1/MIF能預(yù)測(cè)冠心病及斑塊穩(wěn)定性。MIF具有指導(dǎo)治療的臨床價(jià)值，即是否需要急診行血管再通治療。

5展望

MIF在心肌缺血過程中的作用機(jī)制存在爭(zhēng)議。雙重作用的研究為臨床診療帶來了新思路。然而，MIF作為心肌標(biāo)志物的靈敏度及特異度尚未被大型臨床試驗(yàn)證實(shí)，MIF激動(dòng)劑及抗MIF抗體的有效性、使用時(shí)限并不明確，這些都有待進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)

[1]Fan H, Kao W, Yang YH, et al. Macrophage migration inhibitory factor inhibits the antiinflammatory effects of glucocorticoids via glucocorticoid-induced leucine zipper[J].Arthritis Rheumatol, 2014, 66(8): 2059-2070.

[2]Dayawansa NH, Gao XM, White DA, et al. Role of MIF in myocardial ischaemia and infarction: insight from recent clinical and experimental findings[J]. Clin Sci(Lond), 2014, 127(3): 149-161.

[3]何流漾,趙建中,戚春建,等.免疫細(xì)胞在動(dòng)脈粥樣硬化中的作用[J].國際心血管病雜志,2013,40(3):139-141.

[4]Lan MY, Chang YY, Chen WH, et al. Association between MIF gene polymorphisms and carotid artery atherosclerosis[J]. Biochem Bioph Res Co, 2013, 435(2): 319-322.

[5]Santos LL, Morand EF. Macrophage migration inhibitory factor: A key cytokine in RA, SLE and atherosclerosis[J]. Clin Chim Acta, 2009, 399(1-2): 1-7.

[6]Mitchell RA, Yaddanapudi K. Stromal-dependent tumor promotion by MIF family members[J]. Cell signal, 2014, 26(12): 2969-2978.

[7]Klasen C, Ohl K, Sternkopf M, et al. MIF promotes B cell chemotaxis through the receptors CXCR4 and CD74 and ZAP-70 signaling [J]. J Immunol, 2014, 192(11): 5273-5284.

[8]Rassaf T,Weber C,Bernhagen J. Macrophage migration inhibitory factor in myocardial ischaemia/reperfusion injury[J]. Cardiovasc Res, 2014, 102(2): 321-328.

[9]Vujicic M, Senerovic L, Nikolic I, et al. The critical role of macrophage migration inhibitory factor in insulin activity[J]. Cytokine, 2014, 69(1): 39-46.

[10]Asare Y, Schmitt M, Bernhagen J. The vascular biology of macrophage migration inhibitory factor (MIF). Expression and effects in inflammation, atherogenesis and angiogenesis [J]. Thromb Haemost, 2013, 109(3): 391-398.

[11]石健,侯靜波.基質(zhì)金屬蛋白酶與動(dòng)脈粥樣硬化關(guān)系研究新進(jìn)展[J].國際心血管病雜志, 2013, 40(1): 25-27.

[12]Chen L, Yang G, Zhang X, et al. Induction of MIF expression by oxidized LDL via activation of NF-kappaB invascular smooth muscle cells[J]. Atherosclerosis, 2009, 207(2): 428-433.

[13]Kong YZ, Yu X, Tang JJ, et al. Macrophage migration inhibitory factor induces MMP-9 expression: implications for destabilization of human atherosclerotic plaques[J]. Atherosclerosis,2005, 178(7): 207-215.

[14]Gao XM, Liu Y, White D, et al. Deletion of macrophage migration inhibitory factor protects the heart from severe ischemia-reperfusion injury: a predominant role of anti-inflammation[J]. J Mol Cell Cardiol, 2011, 50(6): 991-999.

[15]Liehn EA, Kanzler I, Konschalla S, et al. Compartmentalized protective and detrimental effects of endogenous macrophage migration-inhibitory factor mediated by CXCR2 in a mouse model of myocardial ischemia/reperfusion[J]. Arterioscler Thromb Vasc, 2013, 33(9): 2180-2186.

[16]Miller EJ, Li J, Leng L, et al. Macrophage migration inhibitory factor stimulates AMP-activated protein kinase in the ischaemic heart[J]. Nature, 2008, 451(7178): 578-582.

[17]Koga K, Kenessey A, Powell SR, et al. Macrophage migration inhibitory factor provides cardioprotection during ischemia/reperfusion by reducing oxidative stress[J]. Antioxid Redox Signal, 2011, 14(7): 1191-1202.

[18]Chan W, White DA, Wang XY, et al. Macrophage migration inhibitory factor for the early prediction of infarct size[J]. J Am Heart Assoc, 2013, 2 (5): e000226.

[19]Gao XM, Liu, Y, White D, et al. Deletion of macrophage migration inhibitory factor protects the heart from severe ischemia-reperfusion injury: a predominant role of anti-inflammation[J]. J Mol Cell Cardiol, 2011, 50(6): 991-999.

[20]White DA, Su Y, Kanellakis Y, et al. Differential roles of cardiac and leukocyte derived macrophage migration inhibitory factor in inflammatory responses and cardiac remodeling post myocardial infarction[J]. J Mol Cell Cardiol, 2014, 4(69): 32-42.

[21]Sun H, Zhang X, Zhao L, et al. Attenuation of atherosclerotic lesions in diabetic apolipoprotein E-deficient mice using gene silencing of macrophage migration inhibitory factor[J]. J Cell Mol Med, 2015 ,19(4): 836-849.

[22]Müller II, Müller KA, Karathanos A, et al. Impact of counterbalance between macrophage migration inhibitory factor and its inhibitor Gremlin-1 in patients with coronary artery disease[J].Atherosclerosis, 2014, 237(2): 426-432.

[23]Müller II, Chatterjee M, Schneider M, et al.Gremlin-1 inhibits macrophage migration inhibitory factor-dependent monocyte function and survival[J]. Int J Cardiol, 2014, 176(3): 923-929.

[24]Dziedzic P, Cisneros JA, Robertson MJ, et al.Design, synthesis, and protein crystallography of biaryltriazoles as potent tautomerase inhibitors of macrophage migration inhibitory factor[J]. J Am Chem Soc,2015,137(8):2996-3003.

[25]Wang J, Tong C, Yan X, et al. Limiting cardiac ischemic injury by pharmacological augmentation of macrophage migration inhibitory factor-AMP-activated protein kinase signal transduction[J]. Circulation, 2013, 128(3): 225-236.

(收稿：2015-09-16 修回：2016-01-28)

(本文編輯：梁英超)

doi:10.3969/j.issn.1673-6583.2016.02.002

通信作者：高煒，Email:weigao@bjmu.edu.cn

基金項(xiàng)目：北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目(7144254)