中性粒細(xì)胞在心肌梗死中的作用研究進(jìn)展

陳秀 劉小熊 夏豪

430060 武漢大學(xué)人民醫(yī)院心內(nèi)科，武漢大學(xué)心血管病研究所，心血管病湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

急性心肌梗死(acute myocardial infarction，AMI)是一種全球范圍內(nèi)高發(fā)病率和高死亡率的心血管疾病，嚴(yán)重威脅人類生命健康[1]。雖然我國(guó)AMI防治工作已取得了初步成效，但仍面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，其發(fā)病率和死亡率仍呈上升態(tài)勢(shì)[2]。AMI多有冠狀動(dòng)脈粥樣硬化的病理基礎(chǔ)[3]。研究表明，動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)不單純是一種動(dòng)脈管壁脂質(zhì)浸潤(rùn)堆積性疾病，更是一種進(jìn)展性炎癥反應(yīng)，符合炎癥反應(yīng)的普遍規(guī)律[4-6]。中性粒細(xì)胞作為最廣泛的一種炎癥細(xì)胞，在損傷或炎癥發(fā)生時(shí)，率先到達(dá)這些部位，發(fā)揮其抗損傷抗炎作用[7-8]。中性粒細(xì)胞在冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病中的作用也是研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。首先，中性粒細(xì)胞能促進(jìn)AS的早期形成，形成MI的病理基礎(chǔ)[4， 9-15]；其次，中性粒細(xì)胞還能推動(dòng)AS的進(jìn)一步發(fā)展，使斑塊不穩(wěn)定，導(dǎo)致AMI的發(fā)生[16-25]；最后，在MI發(fā)生后的數(shù)小時(shí)，中性粒細(xì)胞首先到達(dá)心肌壞死區(qū)域，參與MI后的一系列病理生理過(guò)程[26-31]。本文主要就中性粒細(xì)胞在MI發(fā)生發(fā)展中的作用進(jìn)行綜述。

1 中性粒細(xì)胞促進(jìn)MI病理基礎(chǔ)的形成

MI多發(fā)生在冠狀動(dòng)脈粥樣硬化的病理基礎(chǔ)上[3]。早在1989年，Mehta等[4]就發(fā)現(xiàn)了急性冠狀動(dòng)脈綜合征患者的中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶活性明顯增加，證實(shí)中性粒細(xì)胞在AS中發(fā)揮作用。研究發(fā)現(xiàn)，中性粒細(xì)胞/淋巴細(xì)胞比值不僅是一種炎癥指標(biāo)，還是冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性疾病預(yù)后的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子[32-33]。大量研究表明，中性粒細(xì)胞不僅促進(jìn)AS的早期形成，還能推動(dòng)AS的進(jìn)一步發(fā)展，促進(jìn)MI病理基礎(chǔ)的形成。

1.1 中性粒細(xì)胞促進(jìn)AS早期形成

中性粒細(xì)胞是一種短生存期細(xì)胞，主要由造血干/祖細(xì)胞(hematopoietic stem/progenitor cells，HSPC)更新補(bǔ)充，而產(chǎn)生、增殖和釋放則由粒細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte colony stimulating factor，G-CSF)調(diào)控[10]。高膽固醇血癥時(shí)，一方面膽固醇使HSPC表達(dá)白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-3β、IL-5β和粒細(xì)胞-巨細(xì)胞集落刺激因子(granulocyte macrophage colony stimulating factor，GM-CSF)受體增多，從而更易于增殖，中性粒細(xì)胞產(chǎn)生增多；另一方面，膽固醇可下調(diào)骨髓中性粒細(xì)胞CXCR4-CXCL12(抑制)或上調(diào)CXCR2-CXCL1(促進(jìn))之間的作用，促進(jìn)中性粒細(xì)胞的釋放[11]。

正常情況下，血管內(nèi)皮細(xì)胞和血管內(nèi)流動(dòng)的血液能夠阻止血液中白細(xì)胞的粘附[12]。在血脂代謝紊亂等病理情況下，增高的脂蛋白如低密度脂蛋白(low density lipoprotein，LDL)可侵入動(dòng)脈壁，被氧化修飾成氧化型低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein，ox-LDL)后，激活血管內(nèi)皮細(xì)胞，表達(dá)大量粘附分子、趨化因子及GM-CSF等，與中性粒細(xì)胞上相應(yīng)受體結(jié)合，促使其粘附聚集并分泌組織蛋白酶G、中性粒細(xì)胞胞外誘捕網(wǎng)(neutrophil extracellular traps，NETs)等，進(jìn)一步招募大量單核細(xì)胞并轉(zhuǎn)化為有清道夫受體作用的巨噬細(xì)胞，吞噬沉積在內(nèi)膜內(nèi)的脂質(zhì)，形成脂質(zhì)條紋[9， 13-15]。同時(shí)，中性粒細(xì)胞可分泌髓過(guò)氧化物酶、釋放大量的活性氧，氧化LDL、加重內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙，促進(jìn)AS形成[9， 11]。

由此可見(jiàn)，血脂代謝紊亂可以促進(jìn)中性粒細(xì)胞的產(chǎn)生和釋放，釋放到外周血的中性粒細(xì)胞則會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)AS的形成。

1.2 中性粒細(xì)胞促進(jìn)AS的進(jìn)展

病變區(qū)域的膽固醇結(jié)晶可刺激中性粒細(xì)胞釋放NETs，促使巨噬細(xì)胞產(chǎn)生IL-1β前體(proIL-1β)；同時(shí)，被巨噬細(xì)胞內(nèi)吞的膽固醇結(jié)晶，可激活其內(nèi)的炎癥小體，介導(dǎo)caspase-1剪切proIL-1β，形成IL-1β，上調(diào)T細(xì)胞來(lái)源的IL-17，促進(jìn)CXCL1和CXCL2的產(chǎn)生，與中性粒細(xì)胞表面相應(yīng)的受體結(jié)合，進(jìn)一步招募更多的中性粒細(xì)胞，促進(jìn)AS的發(fā)展[16， 34]。此外，NETs通過(guò)Toll樣受體9(toll like receptor 9，TLR9)使?jié){細(xì)胞樣樹(shù)突狀細(xì)胞(plasmacytoid dendritic cells，pDC)表達(dá)干擾素α(一種公認(rèn)的促AS因子)，推動(dòng)AS進(jìn)一步發(fā)展[17]。

綜上，中性粒細(xì)胞不僅促進(jìn)AS的形成，還能推動(dòng)AS的進(jìn)展，但中性粒細(xì)胞在AS形成和發(fā)展過(guò)程中是否存在有利作用，尚未見(jiàn)相關(guān)研究報(bào)道，還有待進(jìn)一步研究。

2 中性粒細(xì)胞促進(jìn)MI的發(fā)生

增生的纖維帽覆蓋于脂質(zhì)池形成的纖維粥樣斑塊是AS進(jìn)展期的一種病變，也是最具特征的病變[13]。脂質(zhì)池主要由壞死或凋亡的細(xì)胞碎片和少基質(zhì)的脂質(zhì)組成，凋亡的細(xì)胞碎片主要來(lái)自平滑肌細(xì)胞和巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)變的泡沫細(xì)胞，同時(shí)，滲出的中性粒細(xì)胞作為一種短生存期細(xì)胞，即使在炎癥刺激的作用下，也會(huì)在8 h內(nèi)啟動(dòng)凋亡程序，形成凋亡碎片，參與脂質(zhì)池的形成[18]。纖維帽主要是一些由平滑肌細(xì)胞合成分泌的細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)，包括膠原蛋白、彈性蛋白、蛋白多糖，厚纖維帽可以穩(wěn)定粥樣斑塊，防止其破裂引起AMI；而薄的纖維帽則會(huì)使粥樣斑塊不穩(wěn)定，易于破裂，從而成為引發(fā)AMI的一大主要原因[19-20]。纖維帽的厚薄主要取決于ECM合成與降解速度的平衡，中性粒細(xì)胞可以分泌大量的蛋白酶、彈性蛋白酶和基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMPs，如MMP-8、MMP-9)，降解ECM，當(dāng)降解大于合成時(shí)，纖維帽變薄，斑塊不穩(wěn)定而破裂[21-22]。此外，這些蛋白酶除了降解ECM外，還能通過(guò)其他作用導(dǎo)致斑塊破裂，如MMP-8可通過(guò)剪切CXCL1和CXCL8，與中性粒細(xì)胞表面相應(yīng)的受體CXCR結(jié)合，進(jìn)一步招募更多的中性粒細(xì)胞，形成一種級(jí)聯(lián)環(huán)路[35]；彈性蛋白酶可激活MMP-9，增強(qiáng)MMP-9降解ECM的活性[36]。

基質(zhì)豐富、脂質(zhì)缺乏、內(nèi)皮細(xì)胞粘附少的斑塊往往也是不穩(wěn)定的，不同于斑塊破裂，這種斑塊是由于表面糜爛而引起AMI的[23]。斑塊的表面糜爛主要有兩種機(jī)制：一是內(nèi)皮下基底膜和下面的ECM大分子的降解，二是內(nèi)皮細(xì)胞的死亡[24]。中性粒細(xì)胞可通過(guò)與內(nèi)皮細(xì)胞的TLR2作用，增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞應(yīng)激，使活性氧釋放增加，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，使斑塊更易發(fā)生表面糜爛[37]。此外，中性粒細(xì)胞分泌的NETs包含組織蛋白酶G、中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶、MMPs(MMP-2、MMP-9)以及膠原酶等，可以降解基底膜和下面的ECM大分子，包括基底膜成分和纖維狀膠原，從而減少內(nèi)皮細(xì)胞粘附，斑塊易發(fā)生表面糜爛[23， 37]。Libby等[24]發(fā)現(xiàn)NETs還可通過(guò)IL-1α激活內(nèi)皮細(xì)胞的促炎功能，間接促進(jìn)斑塊的表面糜爛。近年來(lái)一些在體研究也證實(shí)了NETs促進(jìn)斑塊表面糜爛的作用[25]。

由此可見(jiàn)，中性粒細(xì)胞能通過(guò)斑塊破裂和表面糜爛作用兩種方式導(dǎo)致斑塊不穩(wěn)定，從而引起AMI的發(fā)生。

3 中性粒細(xì)胞在MI后的雙重作用

研究發(fā)現(xiàn)，在MI發(fā)生后數(shù)小時(shí)，中性粒細(xì)胞首先浸潤(rùn)到梗死區(qū)域，在MI后24 h內(nèi)，梗死區(qū)域即有大量中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)，第3天達(dá)高峰，第5天開(kāi)始回落，一直到第7天下降至較低水平，但仍然高于MI前水平[26-27， 29， 31]。值得一提的是，MI后24 h的中性粒細(xì)胞主要為N1型(促炎型)，比例可高達(dá)98%，這是由于MI發(fā)生后，梗死區(qū)域缺血壞死的心肌細(xì)胞會(huì)釋放出大量損傷相關(guān)分子模式(damage-associated molecular pattern，DAMPs)，如高遷移率族蛋白1和熱休克蛋白60等，通過(guò)與中性粒細(xì)胞表面的TLR4結(jié)合，從而驅(qū)動(dòng)中性粒細(xì)胞向N1型轉(zhuǎn)化，此型中性粒細(xì)胞通過(guò)表達(dá)大量的促炎介質(zhì)(如IL-12、腫瘤壞死因子α等)和釋放大量的活性氧，促進(jìn)炎癥進(jìn)展，同時(shí)還能分泌大量MMP-12和MMP-25，使基質(zhì)降解，梗死區(qū)域室壁變薄，表現(xiàn)出病理作用，如心臟破裂等[29]。N1型在MI后的初期(24 h內(nèi))比例雖然很大，但隨著時(shí)間的推移，N1型會(huì)逐漸減少，從MI后24 h的98%減少至第7天的約80%；相反，N2型(抗炎型)的比例則會(huì)不斷增加，從MI后24 h的2%逐漸增加到第7天的20%，此型可表達(dá)大量抗炎介質(zhì)，如IL-10、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(transforming growth factor β，TGF-β)等，促進(jìn)炎癥消解，參與“損傷修復(fù)反應(yīng)”，發(fā)揮抗炎抗損傷作用[29， 31]。但N2型的轉(zhuǎn)化并不是由上述抗炎介質(zhì)IL-10、TGF-β介導(dǎo)的，而是由其他因子，具體為何種因子尚待進(jìn)一步研究。但與N1型的轉(zhuǎn)化不同的是，N2型僅能由局部梗死區(qū)域浸潤(rùn)的中性粒細(xì)胞轉(zhuǎn)化而來(lái)，循環(huán)中的中性粒細(xì)胞并不能轉(zhuǎn)化為N2型；而N1型則既可來(lái)自局部梗死區(qū)域浸潤(rùn)的中性粒細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，也可由循環(huán)中的中性粒細(xì)胞轉(zhuǎn)化而來(lái)。此研究同時(shí)還表明，N1型中性粒細(xì)胞能促進(jìn)心室不良重構(gòu)的發(fā)生，而N2型則可減輕這種不良重構(gòu)[29]。如果不對(duì)MI后初期的N1型中性粒細(xì)胞的促炎作用進(jìn)行抑制，此型中性粒細(xì)胞可表達(dá)或釋放大量的顆粒蛋白、促炎介質(zhì)和大量的活性氧等，從而導(dǎo)致一系列不良事件的發(fā)生，如心臟破裂、心室壁瘤形成、病理重構(gòu)以及功能障礙[27， 30]。

MI后心臟會(huì)立即啟動(dòng)“損傷修復(fù)反應(yīng)”，此過(guò)程會(huì)經(jīng)歷三個(gè)時(shí)期，即早期炎癥反應(yīng)期、纖維修復(fù)增殖期和纖維瘢痕成熟期。在這一過(guò)程中，3種細(xì)胞發(fā)揮主要作用，依次是中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞[26]。浸潤(rùn)到梗死區(qū)域的中性粒細(xì)胞既能釋放蛋白水解酶和通過(guò)吞噬作用清除壞死的心肌細(xì)胞和降解的基質(zhì)碎片，N1型中性粒細(xì)胞又可表達(dá)大量促炎介質(zhì)加重MI后的炎癥反應(yīng)，同時(shí)N2型也可通過(guò)表達(dá)大量的抗炎介質(zhì)減輕MI后的炎癥反應(yīng)，但兩型中性粒細(xì)胞的生存期都較短(<8 h)，發(fā)揮作用后很快會(huì)啟動(dòng)凋亡程序，凋亡的中性粒細(xì)胞又可以通過(guò)3種機(jī)制促進(jìn)炎癥消解：(1)釋放乳鐵蛋白，抑制中性粒細(xì)胞進(jìn)一步招募，從而減少N1型中性粒細(xì)胞的來(lái)源，間接發(fā)揮促炎癥消解作用[27， 29]；(2)表達(dá)磷脂酰絲氨酸，使巨噬細(xì)胞向M2型轉(zhuǎn)化，M2型巨噬細(xì)胞吞噬凋亡的中性粒細(xì)胞后會(huì)分泌大量IL-10和脂氧素等促炎癥消解介質(zhì)，促進(jìn)炎癥消解，此外，還可通過(guò)旁分泌TGF-β激活肌成纖維細(xì)胞，促進(jìn)膠原纖維的合成，間接促進(jìn)組織纖維修復(fù)反應(yīng)[28]；(3)凋亡的中性粒細(xì)胞可表達(dá)炎癥因子“誘餌”受體如CCR5，促進(jìn)炎癥因子的清除[26]。

綜上，中性粒細(xì)胞在MI發(fā)生后的病理生理過(guò)程中發(fā)揮著雙重作用。MI后初期促炎型(N1型)中性粒細(xì)胞具有強(qiáng)大的促炎促損傷作用，隨著時(shí)間的推移，抗炎型(N2型)比例增加，參與MI后的“損傷修復(fù)反應(yīng)”，發(fā)揮抗炎抗損傷作用，同時(shí)也可看出中性粒細(xì)胞是MI后“損傷修復(fù)反應(yīng)”的始動(dòng)環(huán)節(jié)，也是連接3個(gè)不同時(shí)期的橋梁。

4 小結(jié)

中性粒細(xì)胞作為白細(xì)胞中最多的一種炎癥細(xì)胞，貫穿MI發(fā)生發(fā)展的全過(guò)程，從早期AS的形成到MI的發(fā)生，乃至MI發(fā)生后的一系列病理生理過(guò)程，在這一過(guò)程中既存在有利作用，同時(shí)亦存在不利影響。本文就中性粒細(xì)胞在MI發(fā)生發(fā)展中的作用進(jìn)行綜述，推測(cè)對(duì)中性粒細(xì)胞及其相關(guān)因子進(jìn)行調(diào)控可能是較為理想的防治MI的一個(gè)靶點(diǎn)，如對(duì)MI后中性粒細(xì)胞的轉(zhuǎn)化進(jìn)行調(diào)控(抑制N1型的轉(zhuǎn)化，促進(jìn)N2型的轉(zhuǎn)化)，或許可以作為改善MI患者預(yù)后的一種手段等，希望能為MI的防治提供一定的依據(jù)。

利益沖突：無(wú)