巨噬細(xì)胞亞群在心臟損傷和修復(fù)中的作用研究進(jìn)展

張東亮，王靜，曹玉，魯大勝，賀常萍

(1.皖南醫(yī)學(xué)院，安徽 蕪湖 241002； 2.合肥京東方醫(yī)院健康管理中心，合肥 230000；3.皖南醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院心血管內(nèi)科，安徽 蕪湖 241000)

巨噬細(xì)胞是人體先天性免疫系統(tǒng)的重要組成部分，通過吞噬、分泌細(xì)胞因子以及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等途徑參與免疫應(yīng)答并維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。炎癥是心臟損傷發(fā)生以及持續(xù)過程中重要的病理生理特征，適度的炎癥反應(yīng)可幫助心臟組織抵抗病原侵襲、清除壞死的組織、促進(jìn)損傷修復(fù)，但過度的炎癥則會(huì)加重心臟的病理損傷。巨噬細(xì)胞來源于由骨髓造血細(xì)胞前體發(fā)育而來的單核細(xì)胞，單核細(xì)胞經(jīng)血液循環(huán)遷移至各組織并分化為不同類型的巨噬細(xì)胞，發(fā)揮免疫屏障作用。近年來，遺傳工具的應(yīng)用使研究人員能夠精確追蹤組織中的巨噬細(xì)胞亞群，深入了解不同亞群巨噬細(xì)胞在炎癥過程中的差異性調(diào)控作用。目前的研究表明，心臟駐留的巨噬細(xì)胞在胚胎發(fā)育過程中已經(jīng)產(chǎn)生，并獨(dú)立于血液單核細(xì)胞的輸入而持續(xù)至成年[1]，具有獨(dú)特的免疫調(diào)節(jié)作用。不同的巨噬細(xì)胞亞群在心臟自我更新、炎癥反應(yīng)、損傷修復(fù)以及重塑等過程中具有不同的作用，因此，通過調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞亞群的功能及其產(chǎn)物干預(yù)疾病的病理過程，可以為臨床治療心臟疾病提供新思路?，F(xiàn)就巨噬細(xì)胞亞群在心臟損傷和修復(fù)中的作用予以綜述。

1 巨噬細(xì)胞的起源及分類

成年小鼠心臟巨噬細(xì)胞的數(shù)量占心臟非心肌細(xì)胞的7%～8%[2]。根據(jù)巨噬細(xì)胞分泌的炎癥因子的特點(diǎn)可以將其分為促炎性巨噬細(xì)胞(即M1型巨噬細(xì)胞)和抗炎性巨噬細(xì)胞(即M2型巨噬細(xì)胞)[3]。根據(jù)巨噬細(xì)胞表面表達(dá)的主要組織相容性復(fù)合體(major histocompatibility complex，MHC)Ⅱ類分子和CC趨化因子受體2[chemokine(C-C motif)receptor 2，CCR2]的不同，可以將成年小鼠心臟巨噬細(xì)胞分為CCR2-MHC-Ⅱlow、CCR2-MHC-Ⅱhigh和CCR2+MHC-Ⅱhigh3個(gè)亞群[4]。其中，血液單核細(xì)胞主要為CCR2+MHC-Ⅱlow亞群單核細(xì)胞[1]。CCR2-MHC-Ⅱlow和CCR2-MHC-Ⅱhigh起源于胚胎卵黃囊和胎兒單核祖細(xì)胞，在胚胎發(fā)育過程中定植于心臟后通過原位細(xì)胞增殖維持細(xì)胞群體的穩(wěn)定，并持續(xù)至成年[4]，獨(dú)立于血液單核細(xì)胞分化而來的巨噬細(xì)胞，也稱為駐留巨噬細(xì)胞。CCR2+MHC-Ⅱhigh巨噬細(xì)胞來源于循環(huán)血液的Ly6ChighCCR2+單核細(xì)胞，依賴于血液單核細(xì)胞的持續(xù)輸入維持細(xì)胞數(shù)量[5]。研究發(fā)現(xiàn)，幼年小鼠心臟中以胚胎來源的CCR2-巨噬細(xì)胞為主，但隨著年齡的增長，CCR2-巨噬細(xì)胞的自我增殖能力逐漸減弱，導(dǎo)致CCR2-巨噬細(xì)胞數(shù)量逐漸減少，進(jìn)而導(dǎo)致心臟巨噬細(xì)胞由以胚胎來源的CCR2-巨噬細(xì)胞為主的亞群向以單核細(xì)胞來源的CCR2+巨噬細(xì)胞為主的亞群轉(zhuǎn)變[6]。根據(jù)細(xì)胞表面受體的不同，也可將人類心肌巨噬細(xì)胞分為CCR2-巨噬細(xì)胞亞群和CCR2+巨噬細(xì)胞亞群，其功能特征與小鼠CCR2-和CCR2+巨噬細(xì)胞相似[7]。

2 巨噬細(xì)胞亞群的功能特點(diǎn)

巨噬細(xì)胞是先天性免疫系統(tǒng)的重要組成部分，在免疫防御、維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。其中CCR2-巨噬細(xì)胞亞群和CCR2+巨噬細(xì)胞亞群的功能截然相反。一方面，生理狀態(tài)下，心臟巨噬細(xì)胞以駐留的CCR2-亞群為主，且CCR2-巨噬細(xì)胞和CCR2+巨噬細(xì)胞數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定[4]；在發(fā)育過程中，駐留的CCR2-巨噬細(xì)胞對(duì)心臟冠狀動(dòng)脈、心臟傳導(dǎo)系統(tǒng)(尤其是房室結(jié))正常功能的形成具有重要作用[8-9]。另一方面，血液中的CCR2+單核細(xì)胞是心臟CCR2+巨噬細(xì)胞的前體，單核細(xì)胞通過淋巴細(xì)胞功能相關(guān)抗原和細(xì)胞間黏附分子黏附于血管內(nèi)皮表面，其主要功能是掃描毛細(xì)血管并清除病原體及內(nèi)皮細(xì)胞壞死的細(xì)胞碎片[10]。如在心肌梗死的急性損傷后，心臟巨噬細(xì)胞亞群的比例和數(shù)量均發(fā)生顯著變化，浸潤的CCR2+單核細(xì)胞和CCR2+巨噬細(xì)胞取代駐留的CCR2-巨噬細(xì)胞，CCR2+單核/巨噬細(xì)胞通過調(diào)控核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3基因的表達(dá)，促進(jìn)腫瘤壞死因子-α、白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-1和IL-6等促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生[4]，參與早期的炎癥反應(yīng)，誘導(dǎo)免疫應(yīng)答。

3 巨噬細(xì)胞亞群在心臟損傷中的作用

3.1巨噬細(xì)胞亞群在心肌梗死中的變化 心肌梗死早期(1～3 d)，血液、脾臟以及骨髓中的單核細(xì)胞相繼被募集至梗死部位[11]。其中，多種細(xì)胞因子參與了單核細(xì)胞的募集，如單核細(xì)胞趨化蛋白1和CC趨化因子配體7[chemokine(C-C motif)ligand 7，CCL7]。單核細(xì)胞趨化蛋白1是CCR2的配體，也是調(diào)節(jié)血液單核細(xì)胞遷移和浸潤的關(guān)鍵趨化因子之一。在單核細(xì)胞趨化蛋白1的趨化誘導(dǎo)下，血液循環(huán)中的Ly6ChighCCR2+單核細(xì)胞被募集至梗死區(qū)域并活化為Ly6ChighCCR2+巨噬細(xì)胞[12]。CCL7由損傷區(qū)域浸潤的B淋巴細(xì)胞產(chǎn)生，缺乏成熟B2型淋巴細(xì)胞的Tnfrsf13c-/-小鼠不能產(chǎn)生CCL7，故導(dǎo)致Ly6ChighCCR2+單核細(xì)胞在骨髓中蓄積，表明B淋巴細(xì)胞產(chǎn)生的CCL7對(duì)單核細(xì)胞由骨髓向血液的遷移至關(guān)重要[13]。此外，Sager等[14]發(fā)現(xiàn)，心肌梗死后損傷組織釋放的IL-1β可通過調(diào)節(jié)骨髓的造血微環(huán)境促進(jìn)骨髓造血干細(xì)胞增殖，從而導(dǎo)致巨噬細(xì)胞產(chǎn)生增加，間接促進(jìn)巨噬細(xì)胞向心臟募集。

心臟損傷釋放的物質(zhì)對(duì)巨噬細(xì)胞的募集具有重要作用。巨噬細(xì)胞表達(dá)模式識(shí)別受體，如Toll樣受體、甘露糖受體、嘌呤能受體等，因此可識(shí)別損傷相關(guān)分子模式。損傷相關(guān)分子模式是損傷組織釋放的特殊內(nèi)源性分子，包括ATP、高遷移率族蛋白B1、DNA以及細(xì)胞外基質(zhì)等，損傷相關(guān)分子模式激活模式識(shí)別受體后啟動(dòng)下游的信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，調(diào)節(jié)與促炎細(xì)胞因子和趨化因子相關(guān)基因的表達(dá)[15-16]。其中，壞死細(xì)胞釋放的DNA可激活巨噬細(xì)胞環(huán)鳥苷酸-腺苷酸合成酶/干擾素基因刺激因子/干擾素調(diào)節(jié)因子3信號(hào)通路，并產(chǎn)生1型干擾素，1型干擾素在抗原呈遞、誘導(dǎo)細(xì)胞因子產(chǎn)生以及增強(qiáng)T淋巴細(xì)胞功能中發(fā)揮重要作用，具有炎癥放大效應(yīng)[17-19]。而由T淋巴細(xì)胞產(chǎn)生的γ干擾素則可促進(jìn)促炎性Ly6ChighCCR2+單核細(xì)胞的募集，抑制修復(fù)性Ly6ClowCCR2-單核細(xì)胞的募集[20]。

心肌梗死中后期(3～7 d)，梗死區(qū)與炎癥相關(guān)的細(xì)胞因子表達(dá)下調(diào)，CCR2-巨噬細(xì)胞數(shù)量逐漸增多，細(xì)胞的抗炎和促進(jìn)纖維化功能增強(qiáng)[21]。CCR2-巨噬細(xì)胞釋放的轉(zhuǎn)化生長因子-β可通過促進(jìn)成肌纖維細(xì)胞分化、刺激細(xì)胞外基質(zhì)蛋白(如Ⅰ型膠原蛋白、Ⅲ型膠原蛋白和纖維連接蛋白)的合成和分泌，抑制膠原酶和基質(zhì)金屬蛋白酶的表達(dá)，促進(jìn)組織修復(fù)[22]。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，CCR2-巨噬細(xì)胞可分泌骨髓源性生長因子，而骨髓源性生長因子可抑制心肌細(xì)胞凋亡、促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖，對(duì)損傷的心臟功能具有保護(hù)作用[23]。

總之，以CCR2+巨噬細(xì)胞亞群為主的促炎、吞噬過程與以CCR2-巨噬細(xì)胞亞群為主的抗炎、修復(fù)過程是一個(gè)受損傷微環(huán)境調(diào)節(jié)、緊密聯(lián)系的連續(xù)反應(yīng)。損傷心臟的局部環(huán)境(包括缺氧、壞死物質(zhì)、炎癥因子的水平)會(huì)影響巨噬細(xì)胞亞群由促炎性CCR2+亞群向促修復(fù)性CCR2-亞群轉(zhuǎn)變。有研究表明，Nr4A1(nuclear receptor subfamily 4，group A，member 1)是巨噬細(xì)胞在微環(huán)境作用下向促修復(fù)性CCR-巨噬細(xì)胞功能分化的重要調(diào)節(jié)途徑[24]，但具體機(jī)制仍有待進(jìn)一步闡明。

3.2巨噬細(xì)胞亞群參與心力衰竭的發(fā)生發(fā)展 研究發(fā)現(xiàn)，與正常個(gè)體相比，晚期心力衰竭患者的炎癥標(biāo)志物水平顯著升高，表明慢性低水平炎癥是心力衰竭的標(biāo)志之一[25]。Tromp等[26]通過檢測心力衰竭患者的生物標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)，射血分?jǐn)?shù)降低的心力衰竭患者的生物標(biāo)志物類型與細(xì)胞增殖和代謝有關(guān)，而射血分?jǐn)?shù)保留的心力衰竭(heart failure with preserved ejection fraction，HFpEF)患者的生物標(biāo)志物類型與炎癥和細(xì)胞外基質(zhì)重組有關(guān)，表明持續(xù)的慢性炎癥與HFpEF的發(fā)展密切相關(guān)。除衰老本身外，HFpEF患者常合并高血壓、肥胖、糖尿病以及慢性阻塞性肺疾病等基礎(chǔ)疾病，而這些基礎(chǔ)疾病均存在慢性炎癥[27-29]。表明持續(xù)的慢性炎癥和升高的氧化應(yīng)激水平均可促進(jìn)HFpEF患者心臟纖維化和心臟舒張功能不全的發(fā)生發(fā)展。

目前，與心力衰竭相關(guān)的炎癥反應(yīng)機(jī)制仍不明確，可能與血管緊張素介導(dǎo)的促炎作用、活性氧類的產(chǎn)生、細(xì)胞因子水平升高等有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，血管緊張素Ⅱ或醛固酮誘導(dǎo)的HFpEF模型小鼠脾臟造血干細(xì)胞的增殖水平以及單核細(xì)胞向心臟的募集均增加，同時(shí)CCR2+巨噬細(xì)胞分泌的轉(zhuǎn)化生長因子-β、半乳凝素3也高于正常水平，從而促進(jìn)小鼠心臟纖維化和舒張功能障礙[30-32]。另外，HFpEF常合并血管內(nèi)皮功能障礙，導(dǎo)致一氧化氮產(chǎn)生減少，進(jìn)而導(dǎo)致經(jīng)典的一氧化氮-環(huán)鳥苷酸-蛋白激酶G信號(hào)通路異常[33]。肌聯(lián)蛋白是心肌細(xì)胞舒/縮的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，具有分子彈簧的作用，既可通過對(duì)粗、細(xì)肌絲進(jìn)行精確的調(diào)控，產(chǎn)生心肌的被動(dòng)張力和回復(fù)力，又參與心肌主動(dòng)張力的調(diào)節(jié)和心肌緊張度的維持，在偶聯(lián)與協(xié)調(diào)心肌的舒縮運(yùn)動(dòng)中發(fā)揮重要作用[34]。正常情況下，一氧化氮-環(huán)鳥苷酸-蛋白激酶G通路可磷酸化修飾肌聯(lián)蛋白，降低心肌細(xì)胞的被動(dòng)張力；一氧化氮-環(huán)鳥苷酸-蛋白激酶G通路異常則導(dǎo)致肌聯(lián)蛋白磷酸化不足、心肌細(xì)胞肥大及被動(dòng)張力升高，進(jìn)而導(dǎo)致心肌舒張功能障礙[35-36]?？傊?，CCR2+巨噬細(xì)胞與心力衰竭患者不良的心室重構(gòu)和功能障礙有關(guān)。Patel等[37]應(yīng)用CCR2抑制劑阻斷心臟壓力超負(fù)荷早期小鼠Ly6ChighCCR2+單核細(xì)胞浸潤發(fā)現(xiàn)，小鼠心臟病理性左心室肥大、重構(gòu)、收縮功能障礙以及纖維化均減輕，表明抑制CCR2+單核/巨噬細(xì)胞是調(diào)節(jié)心臟不良重構(gòu)的重要手段。

4 抗炎治療在心臟損傷和修復(fù)中的應(yīng)用

炎癥細(xì)胞及細(xì)胞因子均參與了心臟損傷和修復(fù)過程，炎癥細(xì)胞的大量聚集是損傷后清除壞死物質(zhì)、促進(jìn)修復(fù)的基礎(chǔ)，但過度的炎癥反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致組織損傷進(jìn)一步加重。因此，未來可通過調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞亞群以及炎癥因子水平而達(dá)到組織炎癥與修復(fù)之間的相對(duì)平衡，為心臟疾病的治療提供更精準(zhǔn)的治療措施。

卡那單抗是一種高選擇性的IL-1β單克隆抗體?？菃慰箍寡装Y性血栓效果研究顯示，與安慰劑對(duì)照者相比，對(duì)卡那單抗有反應(yīng)的受試者心力衰竭住院率顯著降低，表明靶向抑制炎癥反應(yīng)可降低心血管事件的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[25]。另外，IL-6也與心血管疾病有關(guān)，由心肌細(xì)胞產(chǎn)生的IL-6可持續(xù)激活信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子糖蛋白130，并在鈣離子/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ存在的情況下，繼續(xù)激活下游的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子3，進(jìn)而誘導(dǎo)小鼠心肌肥大[38]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，向大鼠體內(nèi)注射IL-6可導(dǎo)致大鼠心臟舒張功能障礙，而IL-6受體拮抗劑妥珠單抗或IL-6基因敲除則可阻止壓力超負(fù)荷誘導(dǎo)的心臟不良重塑[39]。目前抗IL-6療法已廣泛用于風(fēng)濕性和炎癥性疾病的治療，但尚無關(guān)于IL-6受體拮抗劑對(duì)心力衰竭的療效評(píng)估，仍需未來更多證據(jù)支持。

近年來，許多基礎(chǔ)研究試圖在促進(jìn)CCR2-巨噬細(xì)胞的活化以及抑制CCR2+巨噬細(xì)胞募集方面取得突破。如CD28單克隆抗體可活化調(diào)節(jié)性T細(xì)胞，進(jìn)而誘導(dǎo)心肌梗死后單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞向CCR2-巨噬細(xì)胞分化，從而改善臨床結(jié)果[40]。DNA甲基化抑制劑5-氮雜胞苷可通過抑制小鼠干擾素調(diào)節(jié)因子1的降解，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向CCR2-巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)變，保留小鼠心臟收縮功能[41]。替米沙坦除了可降低心血管風(fēng)險(xiǎn)外，還可通過過氧化物酶體增殖物激活受體途徑促進(jìn)CCR2-型巨噬細(xì)胞活化，導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子(如腫瘤壞死因子-α、IL-1β和IL-6)水平降低，從而促進(jìn)炎癥消退和組織重塑[42]。腺苷A2B受體激動(dòng)劑可通過磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B通路調(diào)節(jié)缺血再灌注后巨噬細(xì)胞的極性、增加CCR2-巨噬細(xì)胞數(shù)量、減少Ly6ChighCCR2+單核/巨噬細(xì)胞和嗜中性粒細(xì)胞浸潤，從而縮小小鼠心肌梗死面積[43]。另外，應(yīng)用CD20特異性單克隆抗體耗竭小鼠B淋巴細(xì)胞可導(dǎo)致組織中的CCR2+單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞數(shù)量減少，阻礙CCR2+巨噬細(xì)胞募集，從而縮小小鼠心肌梗死面積[13]。此外，研究人員用攜帶小干擾RNA的納米材料沉默小鼠單核細(xì)胞中的CCR2信使RNA，選擇性抑制CCR2+單核細(xì)胞的遷移發(fā)現(xiàn)，缺血再灌注心臟的單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞數(shù)量減少，同時(shí)小鼠心肌梗死面積也縮小[44]，表明應(yīng)用納米材料較免疫抑制藥物治療更具特異性。以上研究表明，針對(duì)巨噬細(xì)胞亞群及其功能的調(diào)節(jié)方法在未來臨床應(yīng)用中均具有潛在的可行性。

5 小 結(jié)

炎癥細(xì)胞因子的釋放、募集以及炎癥細(xì)胞間的應(yīng)答是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，涉及免疫系統(tǒng)多個(gè)成分之間的相互作用。目前研究者對(duì)巨噬細(xì)胞表型及其功能的了解多來自動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，未來還需在人體組織樣品中進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。炎癥反應(yīng)中復(fù)雜的機(jī)制導(dǎo)致調(diào)控炎癥因子和巨噬細(xì)胞的治療未能在心力衰竭等炎癥性疾病的治療中取得顯著進(jìn)展，而炎癥與抗炎反應(yīng)的交替與平衡是調(diào)控的關(guān)鍵。未來可通過調(diào)控炎癥反應(yīng)的起始、持續(xù)時(shí)間、終止以及反應(yīng)程度等達(dá)到有效治療心肌梗死、改善心功能、減輕心臟重構(gòu)的目的。