炎性細(xì)胞在心臟纖維化中的作用

心臟纖維化是指心臟間質(zhì)中膠原纖維異常沉積，膠原濃度和膠原容積分?jǐn)?shù)顯著增加，各型膠原比例失調(diào)以及排列紊亂，進(jìn)而影響心臟的收縮和舒張功能，是高血壓、心肌病及冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病(冠心病)等多種心血管疾病的共同病理表現(xiàn)，最終可導(dǎo)致心律失常、心力衰竭，甚至心源性猝死。預(yù)防和逆轉(zhuǎn)心臟纖維化成為多種心血管疾病防治的重要目標(biāo)。本文介紹炎性細(xì)胞在心臟纖維化過程中的作用。

1 心臟纖維化概述

心臟成纖維細(xì)胞是心臟損傷修復(fù)的重要細(xì)胞，也是心臟纖維化的關(guān)鍵細(xì)胞[1-2]。心臟成纖維細(xì)胞在受到刺激因素(如手術(shù)損傷、炎癥、感染、心臟負(fù)荷過重、慢性疾病、年齡等)作用后，增殖并分化為肌成纖維細(xì)胞[3]。成熟的肌成纖維細(xì)胞除了特征性表達(dá)α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-SMA)外，還具有發(fā)達(dá)的粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體，其合成膠原蛋白和細(xì)胞因子如白細(xì)胞介素(IL)-6的能力較心臟成纖維細(xì)胞顯著增強(qiáng)，是參與心臟損傷修復(fù)的主要效應(yīng)細(xì)胞[4]。在一般組織損傷修復(fù)的后期，肌成纖維細(xì)胞凋亡是損傷部位肉芽組織向成熟瘢痕轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵[5]。但心臟中活化的肌成纖維細(xì)胞能耐受凋亡，在損傷部位持續(xù)存在，使膠原蛋白及細(xì)胞因子持續(xù)合成和分泌，進(jìn)而導(dǎo)致心臟纖維化[5]。

2 心臟纖維化過程中的信號(hào)通路

許多分子信號(hào)在心臟纖維化過程中發(fā)揮重要作用。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)-β1和血小板源性生長(zhǎng)因子(PDGF)是促進(jìn)心臟成纖維細(xì)胞活化成肌成纖維細(xì)胞的關(guān)鍵因子[2]。另外，腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(RAAS)的持續(xù)活化是導(dǎo)致心臟纖維化的重要因素[4]。血管緊張素Ⅱ可以通過結(jié)合心臟成纖維細(xì)胞上受體的直接作用和(或)通過活化TGF-β信號(hào)途徑等的間接作用，刺激心臟成纖維細(xì)胞活化為肌成纖維細(xì)胞[6]。此外，活性氧(ROS)、多種趨化因子和細(xì)胞因子及其介導(dǎo)的信號(hào)通路也能通過直接或間接作用對(duì)心臟成纖維細(xì)胞的活化產(chǎn)生影響[7-11]，在多種疾病所致的心臟纖維化進(jìn)程中起重要作用。

3 炎性細(xì)胞與心臟纖維化

3.1 中性粒細(xì)胞

中性粒細(xì)胞是在心肌梗死后最早向梗死區(qū)聚集的炎性細(xì)胞，其主要通過產(chǎn)生炎性介質(zhì)和釋放蛋白酶調(diào)控炎性反應(yīng)。正常情況下，中性粒細(xì)胞在發(fā)揮作用后被巨噬細(xì)胞吞噬，以維持組織穩(wěn)態(tài)；未被及時(shí)清除會(huì)引發(fā)組織的持續(xù)炎性反應(yīng)[12]。中性粒細(xì)胞在進(jìn)入損傷組織后釋放組織蛋白酶G(CatG)和胃促胰酶，二者共同促進(jìn)心肌細(xì)胞凋亡，加重心肌缺血再灌注(I/R)損傷，進(jìn)而導(dǎo)致心室重構(gòu)；使用此二者的抑制劑可通過調(diào)節(jié)黏著斑信號(hào)通路，降低心肌細(xì)胞凋亡，減輕I/R損傷后的炎性反應(yīng)和心臟重構(gòu)[13]。隨著對(duì)CatG的深入研究，發(fā)現(xiàn)CatG可通過激活經(jīng)典的NOD樣受體蛋白3(NLRP3)炎性小體通路，刺激炎性因子釋放，增加中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和肥大細(xì)胞在心臟的浸潤(rùn)；同時(shí)，CatG可提高基質(zhì)金屬蛋白酶的活性，進(jìn)而降解膠原蛋白和纖連蛋白，促使心肌細(xì)胞凋亡[14]。在非應(yīng)激心臟中，CatG發(fā)揮趨化和促炎作用，導(dǎo)致心臟的不良重構(gòu)[14]。然而，近期的研究發(fā)現(xiàn)，中性粒細(xì)胞除了在急性心肌梗死后發(fā)揮促炎作用外，對(duì)心肌梗死后的修復(fù)也發(fā)揮關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用。心肌梗死后，活化的中性粒細(xì)胞一方面可動(dòng)員脾臟中Ly6Chi單核細(xì)胞向心臟受損區(qū)域聚集并分化成巨噬細(xì)胞；另一方面可分泌中性粒細(xì)胞明膠酶相關(guān)載脂蛋白(NGAL)，誘導(dǎo)心臟受損區(qū)域巨噬細(xì)胞向修復(fù)表型極化，其不僅清除凋亡、壞死的心肌細(xì)胞，還可刺激心臟成纖維細(xì)胞活化，進(jìn)而間接調(diào)節(jié)纖維化的發(fā)生和發(fā)展[15]。

研究顯示，中性粒細(xì)胞與巨噬細(xì)胞類似，可表達(dá)促炎和抗炎表型，在炎性反應(yīng)中發(fā)揮多重作用。在心肌梗死后第一天，壞死心肌細(xì)胞釋放損傷相關(guān)分子模式(DAMPs)，通過激活Toll樣受體4(TLR4)使浸潤(rùn)的中性粒細(xì)胞表達(dá)促炎表型，釋放大量促炎性因子。隨著時(shí)間推移，雖然中性粒細(xì)胞促炎表型仍占主要部分，但其抗炎表型逐漸增多，進(jìn)而促進(jìn)炎性反應(yīng)消退和組織的損傷修復(fù)，改善心室的不良重構(gòu)[16]。

3.2 肥大細(xì)胞

肥大細(xì)胞具有免疫監(jiān)視和免疫調(diào)節(jié)作用[17]。在心肌梗死區(qū)域、心肌病的腫脹缺血區(qū)域以及高血壓和瓣膜病所致的肥厚心臟中均發(fā)現(xiàn)肥大細(xì)胞數(shù)量增多和功能增強(qiáng)[18]。研究顯示，心肌梗死后白色脂肪組織中的肥大細(xì)胞祖細(xì)胞向心臟聚集，在血清反應(yīng)因子(SRF)的作用下增殖分化為成熟的肥大細(xì)胞，以維持心臟功能[19]。肥大細(xì)胞數(shù)量和活性的增加，會(huì)導(dǎo)致心肌纖維化、心室重構(gòu)和心力衰竭[20]。浸潤(rùn)的肥大細(xì)胞分泌大量與纖維化有關(guān)的介質(zhì)，包括組胺、肥大細(xì)胞特異性的蛋白酶、類胰蛋白酶、糜蛋白酶以及細(xì)胞因子等[17]。通過這些因子，肥大細(xì)胞可促進(jìn)心臟成纖維細(xì)胞的活化和膠原蛋白的合成[21]。另外，肥大細(xì)胞還可通過調(diào)節(jié)間充質(zhì)干細(xì)胞(MSC)的增殖和分化影響心臟纖維化。在心肌梗死早期，肥大細(xì)胞釋放PDGF，激活MSC中PDGF受體(PDGFR)通路，下調(diào)微小RNA(miRNA)-145/143，抑制Kruppel樣因子4(KLF4)表達(dá)，活化胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)，從而促進(jìn)MSC的增殖并抑制其成肌分化。在心肌梗死后期，大量的MSC聚集到心臟，分化成為肌成纖維細(xì)胞，促進(jìn)梗死區(qū)域的修復(fù)[22]。

3.3 T淋巴細(xì)胞

T淋巴細(xì)胞可分為CD4+和CD8+T細(xì)胞。研究證實(shí)，T細(xì)胞在介導(dǎo)心肌纖維化中發(fā)揮重要作用，其中以CD4+T細(xì)胞為主。根據(jù)其表型和分泌的細(xì)胞因子的不同，CD4+T細(xì)胞可進(jìn)一步分為輔助性T細(xì)胞(Th)1、Th2細(xì)胞、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)以及Th17細(xì)胞等[23]。研究顯示，不同的淋巴細(xì)胞亞群在調(diào)節(jié)心臟修復(fù)中發(fā)揮不同作用[24]。

在缺血心臟組織中，有大量Th2細(xì)胞浸潤(rùn)[25]。由于Th2細(xì)胞可合成并分泌大量的IL-4和IL-13，在缺血心臟組織中IL-4和IL-13的水平也顯著升高[25]。IL-4和IL-13能誘導(dǎo)單核/巨噬細(xì)胞分化，加重心臟的纖維化[25-27]。在左室壓力超負(fù)荷模型中，活化的Th1細(xì)胞通過整合素α4黏附于心臟成纖維細(xì)胞上，并以γ干擾素(IFN-γ)依賴的方式刺激成纖維細(xì)胞自分泌TGF-β，進(jìn)而使其自身活化為肌成纖維細(xì)胞，促進(jìn)纖維化的發(fā)生發(fā)展[28]。Th17細(xì)胞在自身免疫性心肌炎模型中具有促纖維化作用[29-30]。Th1和Th17細(xì)胞促進(jìn)心臟纖維化，而Treg細(xì)胞則抑制心臟纖維化和心臟重構(gòu)，其作用機(jī)制可能是通過調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞活性、影響心肌細(xì)胞存活和成纖維細(xì)胞表型[23]。

在正常生理?xiàng)l件下，存在于心臟周圍的T細(xì)胞是維持膠原蛋白穩(wěn)態(tài)的必要條件，但在病理?xiàng)l件下，如在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病模型中，T細(xì)胞通過激活心臟成纖維細(xì)胞中的纖維化相關(guān)信號(hào)通路，促使膠原蛋白沉積，誘導(dǎo)心肌纖維化[31]。另外，在心力衰竭引起的病理性心肌肥厚中，T細(xì)胞通過調(diào)控巨噬細(xì)胞極化增加心肌凋亡，刺激心臟纖維化[30,32]。這表明T淋巴細(xì)胞能夠通過直接或間接作用影響心臟纖維化的發(fā)生和發(fā)展。

3.4 B淋巴細(xì)胞

有關(guān)B淋巴細(xì)胞在心臟纖維化中作用機(jī)制的研究相對(duì)較少。心肌損傷后，CD19+CD11b+B細(xì)胞浸潤(rùn)增加，通過分泌趨化因子和細(xì)胞因子，介導(dǎo)Ly6C+單核細(xì)胞聚集，加重心臟的不良重構(gòu)[33]。另外，B細(xì)胞能夠通過合成和分泌的免疫球蛋白M(IgM)及IgG對(duì)心肌細(xì)胞和心臟成纖維細(xì)胞發(fā)揮間接作用，導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡、膠原沉積、心臟肥大以及心室功能紊亂[34]。此外，B細(xì)胞亞群[B1、B2和調(diào)節(jié)性B細(xì)胞(Breg)]比例的失調(diào)可造成促炎性因子TNF-α、IL-1β和IL-6的表達(dá)增加及抗炎性因子IL-10的表達(dá)降低[34]。在主動(dòng)脈縮窄模型中，由CD20介導(dǎo)活化的B細(xì)胞發(fā)生兩方面變化：(1)促進(jìn)核因子信號(hào)通路核因子κB(NF-κB)激酶抑制劑(IKK)α/β/NF-κB的激活和促炎性因子的表達(dá)；(2)促進(jìn)Th2細(xì)胞因子(IL-4、IL-5和IL-10)的表達(dá)，并產(chǎn)生IgG。這兩方面共同促進(jìn)纖維化TGF-β/Smad2/3信號(hào)通路的活化，進(jìn)而促進(jìn)心臟纖維化的發(fā)生和發(fā)展[35]。

3.5 單核/巨噬細(xì)胞

巨噬細(xì)胞是心臟中的主要免疫細(xì)胞，主要來源于胚胎卵黃囊祖細(xì)胞和胚胎期單核細(xì)胞，在穩(wěn)態(tài)時(shí)能自我增殖而不需要外周血中單核細(xì)胞的補(bǔ)充。當(dāng)心臟受到損傷因素刺激后，巨噬細(xì)胞的增加主要源于外周血單核細(xì)胞的浸潤(rùn)。脾臟CCR2+Ly6Chi單核細(xì)胞在CC趨化因子配體2(CCL2)/單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)的作用下首先向心臟聚集，發(fā)揮促炎和吞噬作用[24,36]。

根據(jù)功能和表型的不同，巨噬細(xì)胞可分為經(jīng)典活化(M1)型細(xì)胞和選擇性活化(M2)型細(xì)胞，后者進(jìn)一步分為M2a、M2b和M2c等亞群。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，IL-4靶向增加M2型巨噬細(xì)胞的數(shù)量，使成纖維細(xì)胞活化增加，形成更多纖維組織。然而，在巨噬細(xì)胞與成纖維細(xì)胞的共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，M1型巨噬細(xì)胞促進(jìn)成纖維細(xì)胞活化，而M2型巨噬細(xì)胞可促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖并阻止其活化[37]。原因可能是在心臟修復(fù)過程中，巨噬細(xì)胞的變化更為復(fù)雜。M2型巨噬細(xì)胞通過減輕炎性反應(yīng)，保護(hù)心肌細(xì)胞，促進(jìn)新生血管形成，并介導(dǎo)心肌梗死后心臟修復(fù)[38]。M2b巨噬細(xì)胞移植到I/R損傷小鼠心臟中可顯著改善心肌損傷和纖維化，其機(jī)制是NF-κB活化后誘導(dǎo)TNF-α誘導(dǎo)蛋白3(A20)表達(dá)，后者通過負(fù)反饋抑制NF-κB的活化，進(jìn)而抑制細(xì)胞凋亡，改善心臟纖維化[39]。

4 靶向炎性細(xì)胞防治心臟纖維化的策略

有關(guān)炎性細(xì)胞對(duì)心臟纖維化的影響及作用機(jī)制的研究，為靶向炎性細(xì)胞防治心臟纖維化的治療策略提供了理論基礎(chǔ)。炎性細(xì)胞調(diào)控心臟纖維化的作用機(jī)制包括：(1)產(chǎn)生與纖維化有關(guān)的細(xì)胞因子、趨化因子和生長(zhǎng)因子；(2)合成和分泌細(xì)胞外基質(zhì)蛋白、蛋白酶及蛋白酶抑制劑調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)蛋白水平；(3)影響心臟成纖維細(xì)胞的增殖和分化。

靶向敲除免疫細(xì)胞受體，如敲除T細(xì)胞中鞘氨醇1-磷酸受體1(S1P1)，可導(dǎo)致T細(xì)胞缺乏，減輕糖尿病心臟纖維化程度[31]。通過中性抗體阻斷免疫細(xì)胞表面的相關(guān)蛋白，造成免疫細(xì)胞的缺乏或功能抑制，如對(duì)主動(dòng)脈縮窄小鼠靜脈注射抗B細(xì)胞表面分子CD20的抗體，可抑制B細(xì)胞活化，進(jìn)而抑制心臟纖維化[35]。將體外誘導(dǎo)的M2b型巨噬細(xì)胞注射到心臟缺血區(qū)域，可明顯抑制心臟纖維化的發(fā)生和發(fā)展[39]。

5 展望

心肌梗死、心臟外科手術(shù)、高血壓、心肌病、毒性因子(酒精和蒽環(huán)類藥物)以及代謝紊亂(糖尿病和肥胖)都能促進(jìn)心臟纖維化的發(fā)生和發(fā)展[2,4,40]。炎性細(xì)胞浸潤(rùn)與活化在心臟纖維化過程中發(fā)揮重要作用，其數(shù)量和功能變化均會(huì)影響心臟纖維化的進(jìn)展。炎性細(xì)胞能夠通過釋放纖維化相關(guān)因子，直接或間接調(diào)控心臟成纖維細(xì)胞的分化，影響心臟纖維化。對(duì)炎性細(xì)胞的調(diào)節(jié)可成為治療心臟纖維化相關(guān)疾病的重要策略。