巨噬細(xì)胞與心肌纖維化的研究進(jìn)展

楊亞文，汪金玉，李秀珍，曲晨，譚曉*

(南京醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院：1心血管內(nèi)科，2老年醫(yī)學(xué)科，南京 210000)

巨噬細(xì)胞是數(shù)量最多的白細(xì)胞之一，參與機(jī)體的先天性免疫及適應(yīng)性免疫，在清除病原微生物、組織的炎性損傷及組織的纖維修復(fù)中，均發(fā)揮著重要的作用，是全身關(guān)鍵細(xì)胞因子和其他調(diào)節(jié)因子的主要生產(chǎn)者。心肌纖維化主要是由于膠原蛋白過(guò)度沉積以及心臟間質(zhì)成纖維細(xì)胞過(guò)度增殖[1]。膠原蛋白過(guò)度表達(dá)又與成纖維生長(zhǎng)因子和細(xì)胞數(shù)量增加有關(guān)[2]。目前，心肌纖維化被認(rèn)為是終末期心血管病的共同表現(xiàn)，臨床上防止心律失常、心力衰竭的策略主要是預(yù)防與改善心肌纖維化。巨噬細(xì)胞在心肌纖維化的病理生理過(guò)程中起著舉足輕重的作用。本文通過(guò)探討心肌纖維化高危人群的情況，對(duì)巨噬細(xì)胞在心肌纖維化中的作用機(jī)制進(jìn)行綜述，為心肌纖維化的治療尋找新的方向。

1 心臟中巨噬細(xì)胞的來(lái)源

心臟中的巨噬細(xì)胞有以下3種來(lái)源:(1)起源于胚胎時(shí)期原始造血期間的卵黃囊；(2)起源于胚胎時(shí)期終末造血時(shí)期的肝臟單核細(xì)胞 ;(3)成人時(shí)期終末造血來(lái)源[3]。通過(guò)對(duì)小鼠心肌組織進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)心臟中的巨噬細(xì)胞主要與心臟所處的微環(huán)境有關(guān)。在正常情況下，心臟中的巨噬細(xì)胞主要來(lái)源于胚胎時(shí)期，即原始造血期的卵黃囊源性巨噬細(xì)胞(<20%)與終末造血期的肝臟單核巨噬細(xì)胞[4]，主要為趨化因子受體-2(chemokine receptor 2,CCR2)陰性巨噬細(xì)胞，主要通過(guò)自我更新來(lái)維持心肌中巨噬細(xì)胞數(shù)目的相對(duì)穩(wěn)定[5，6]，而當(dāng)心肌受損時(shí)，心臟中的巨噬細(xì)胞除了來(lái)源于胚胎時(shí)期外，還包括來(lái)源于成人時(shí)期骨髓中的單核巨噬細(xì)胞，主要為CCR2陽(yáng)性巨噬細(xì)胞[7]。

2 心臟中巨噬細(xì)胞的分型及功能

心臟中的巨噬細(xì)胞可以分為經(jīng)典活化型M1和替代活化型M2。M1型巨噬細(xì)胞大多由γ干擾素(interferon-γ，IFN-γ)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-alpha，TFN-α)、脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)等物質(zhì)誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化，通過(guò)產(chǎn)生炎癥因子和基質(zhì)金屬蛋白酶等物質(zhì)，清除壞死的組織及細(xì)胞，殺滅病原體，抑制細(xì)胞增殖，促進(jìn)炎癥反應(yīng)，抑制纖維化[8，9]。M2型巨噬細(xì)胞大多由白介素-4(interleukin-4，IL-4)、IL-13、Toll樣受體(Toll-like receptors，TLR)、IL-1和IL-10等物質(zhì)誘導(dǎo)產(chǎn)生，可以促進(jìn)多胺和脯氨酸的生物合成，從而支持細(xì)胞生長(zhǎng)、膠原蛋白形成和組織修復(fù)；分泌IL-10和高水平的轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)和糖皮質(zhì)激素，顯示出對(duì)凋亡細(xì)胞的抗炎活性；誘導(dǎo)抗炎因子和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子分泌的同時(shí)抑制促炎因子的產(chǎn)生，從而促進(jìn)血管生成[8-10]。根據(jù)CCR2是否表達(dá)，巨噬細(xì)胞可以分為CCR2、巨噬細(xì)胞及CCR2+巨噬細(xì)胞[6]。

3 巨噬細(xì)胞在不同疾病導(dǎo)致心肌纖維化中的作用

3.1 巨噬細(xì)胞與高血壓相關(guān)心肌纖維化

在高血壓患者中，巨噬細(xì)胞能夠通過(guò)分泌腎素-血管緊張素轉(zhuǎn)化酶和直接激活腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(renin-angiotensin-aldosterone system,RAAS)，使血管緊張素-Ⅱ(angiotensin-Ⅱ，Ang-Ⅱ)及醛固酮水平升高，參與心肌纖維化過(guò)程。Gan等[11]利用Ang-Ⅱ建立高血壓模型，發(fā)現(xiàn)Ang-Ⅱ激活巨噬細(xì)胞內(nèi)NLRP-3炎癥小體和刺激巨噬細(xì)胞分泌細(xì)胞因子，來(lái)促進(jìn)心肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞，導(dǎo)致膠原沉積明顯增加。Ang-Ⅱ增加小鼠心臟中巨噬細(xì)胞的數(shù)量，調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)的沉積[12]；增加浸潤(rùn)在心肌組織中的炎癥細(xì)胞(主要是M1型巨噬細(xì)胞)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine-dinucleotide phosphate，NADPH)氧化酶來(lái)誘導(dǎo)氧化應(yīng)激反應(yīng),引起心肌纖維化[13，14]；通過(guò)TGFβ-Smad3信號(hào)介導(dǎo)纖維化[15]。醛固酮可以促進(jìn)活化的巨噬細(xì)胞表達(dá)半乳糖凝集素-3，發(fā)揮促炎和促纖維化作用[16]，也可以通過(guò)β干擾素TIR結(jié)構(gòu)域銜接蛋白/微小RNA-34a軸誘導(dǎo)心臟重構(gòu)[17]。

巨噬細(xì)胞極化也參與高血壓患者的心肌纖維化。Kassem等[18]發(fā)現(xiàn)活化的M2型巨噬細(xì)胞抑制M1巨噬細(xì)胞的極化，從而減輕炎癥，促進(jìn)組織修復(fù)。M1巨噬細(xì)胞上調(diào)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶及炎癥因子的表達(dá)，具有細(xì)胞毒性，會(huì)導(dǎo)致機(jī)體的炎癥損傷，發(fā)揮促炎作用，在心肌損傷早期發(fā)揮作用；M2巨噬細(xì)胞上調(diào)精氨酸酶1及抗炎因子的表達(dá)，精氨酸分解后產(chǎn)生鳥(niǎo)氨酸，鳥(niǎo)氨酸是脯氨酸的前提，促進(jìn)膠原的合成與組織的修復(fù)，在心肌損傷晚期發(fā)揮作用，參與心臟纖維化修復(fù)[19]。

巨噬細(xì)胞除了通過(guò)影響Ang-Ⅱ/醛固酮的水平及影響巨噬細(xì)胞極化來(lái)參與高血壓患者的心肌纖維化，還可以通過(guò)產(chǎn)生細(xì)胞因子、改變基質(zhì)金屬蛋白酶與基質(zhì)金屬蛋白酶抑制劑的平衡等導(dǎo)致膠原沉積[20]。

3.2 巨噬細(xì)胞與糖尿病相關(guān)心肌纖維化

糖尿病患者心肌纖維化可能是由于高血糖使巨噬細(xì)胞的胞葬作用下降。吞噬細(xì)胞(主要為巨噬細(xì)胞)吞噬并清除凋亡壞死的細(xì)胞及組織碎片的過(guò)程，被稱(chēng)為胞葬作用。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),處于高糖狀態(tài)下的巨噬細(xì)胞，微小核糖核酸-126的表達(dá)降低，其潛在靶蛋白去整合素和金屬蛋白9(a disintegrin and metalloproteases 9，ADAM9)的表達(dá)增加，ADAM9可以裂解蛋白酪氨酸激酶，產(chǎn)生可溶性的Mer受體酪氨酸激酶進(jìn)而使蛋白失活，下游吞噬信號(hào)失活，有缺陷的巨噬細(xì)胞增多，胞葬作用下降[22]。巨噬細(xì)胞的胞葬作用下降可能與促紅細(xì)胞生成素(hemopoietin，EPO)信號(hào)受損有關(guān)，巨噬細(xì)胞內(nèi)EPO/促紅細(xì)胞生成素受體通路活化后可以促進(jìn)巨噬細(xì)胞內(nèi)過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPAR γ)的表達(dá)，參與巨噬細(xì)胞的胞葬作用[23]。此外，部分糖尿病患者胰島素抵抗，溶酶體酶釋放減少，導(dǎo)致巨噬細(xì)胞的胞葬作用下降[19]；機(jī)體持續(xù)的高糖會(huì)導(dǎo)致活性氧的增多，異?；钚匝醯乃揭部蓳p害巨噬細(xì)胞的胞葬作用[24]。

糖尿病相關(guān)心肌纖維化不僅與巨噬細(xì)胞的胞葬作用下降有關(guān)，還可能與巨噬細(xì)胞脂質(zhì)積聚和代謝改變有關(guān)。小鼠體內(nèi)的巨噬細(xì)胞更能有效地吸收糖尿病患者分離的極低密度脂蛋白，并且在高血糖的情況下，巨噬細(xì)胞更容易負(fù)載膽固醇酯[25]。巨噬細(xì)胞內(nèi)的脂質(zhì)會(huì)使非泡沫巨噬細(xì)胞的促炎狀態(tài)增加，使泡沫巨噬細(xì)胞減輕炎癥作用，繼而參與心肌膠原蛋白沉積過(guò)程[26]。此外，巨噬細(xì)胞內(nèi)的PPAR γ表達(dá)增加，負(fù)性調(diào)控腺嘌呤單磷酸激活蛋白激酶/Smad3 RAS蛋白-細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(AMPK/Smad3 RAS-ERK)信號(hào)通路，正性調(diào)節(jié)磷脂酰肌醇激酶3-蛋白激酶B-內(nèi)皮型一氧化氮合酶(PI3K-Akt-ENOS)信號(hào)通路，參與心肌纖維化[27]。

3.3 巨噬細(xì)胞與心肌梗死相關(guān)心肌纖維化

心肌梗死后巨噬細(xì)胞參與的心肌纖維化可能與1-磷酸鞘氨醇(Sphingosine 1-phosphate，S1P)水平的增高有關(guān)[28]。急性心肌梗死后，機(jī)體內(nèi)的鞘氨醇激酶-1會(huì)感知刺激，迅速活化，促進(jìn)凋亡的心肌細(xì)胞合成與釋放S1P。在豬的缺血再灌注模型中，發(fā)現(xiàn)在急性心肌梗死期間激活鞘氨醇-1-磷酸受體(Sphingosine 1-phosphate receptor，S1PR)可通過(guò)再灌注損傷挽救激酶和存活激活因子增強(qiáng)途徑減少梗死面積，減輕左室重構(gòu)[29]。進(jìn)一步探討發(fā)現(xiàn)，S1P可直接與巨噬細(xì)胞上的受體S1PR1/2相結(jié)合，促進(jìn)小鼠成纖維細(xì)胞增生和肌成纖維細(xì)胞分化，產(chǎn)生彌漫性間質(zhì)纖維化[30]。S1PR3可以調(diào)節(jié)S1P對(duì)巨噬細(xì)胞的趨化活性、巨噬細(xì)胞炎癥因子的分泌及殺菌作用，從而調(diào)節(jié)心肌膠原沉積[31]。

心肌梗死后，巨噬細(xì)胞參與的心肌纖維化可能還涉及以下途徑：在小鼠心肌梗死區(qū)，AKT2磷酸化水平升高，隨后NBA1、鞘氨醇激酶-1(SPK1)以及磷酸化的SPK1水平升高，通過(guò)AKT2/NAB1/SPK1通路來(lái)參與巨噬細(xì)胞遷移和心臟重構(gòu)[32]。心肌梗死后，心臟巨噬細(xì)胞中的STAT3和ERK被激活，進(jìn)而促進(jìn)galectin-3和MerTK的表達(dá)，導(dǎo)致產(chǎn)生骨橋蛋白的巨噬細(xì)胞功能成熟[22]。激活巨噬細(xì)胞的蛋白酶激活受體2，導(dǎo)致心肌中巨噬細(xì)胞的募集增加、促炎細(xì)胞因子的表達(dá)增加、增強(qiáng)了INF-β的表達(dá)，從而激活JAK/STAT3信號(hào)，促進(jìn)心肌纖維化[33]。巨噬細(xì)胞促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞向衰老細(xì)胞的轉(zhuǎn)化，參與心臟的不良重塑[34]。

3.4 巨噬細(xì)胞與心臟其他疾病相關(guān)纖維化

自身免疫性疾病如自身免疫性風(fēng)濕病、類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等磁共振成像時(shí)均發(fā)現(xiàn)心臟出現(xiàn)局部或者彌漫性纖維化,其中CD301b/MGL2+單核巨噬細(xì)胞在小鼠及人類(lèi)自身免疫性心臟瓣膜病炎癥和纖維化中發(fā)揮重要的作用，主要介質(zhì)為T(mén)NF-α及IL-6[35]。此外，心肌炎相關(guān)的心臟纖維化也與高表達(dá)主要組織相容性復(fù)合體Ⅱ類(lèi)低表達(dá)淋巴細(xì)胞抗原6C的巨噬細(xì)胞有關(guān)，這一點(diǎn)在小鼠實(shí)驗(yàn)性自身免疫性心肌炎中得到證實(shí)[36]。

4 總結(jié)與展望

巨噬細(xì)胞在參與機(jī)體的損傷及修復(fù)過(guò)程，不僅發(fā)揮著促炎作用，還發(fā)揮著抗炎作用。減少巨噬細(xì)胞的數(shù)量，可以避免心臟損傷早期過(guò)度的炎癥反應(yīng)，減少損傷的面積，使炎癥局限化，但是由于巨噬細(xì)胞的胞葬作用下降，清除壞死的細(xì)胞和組織碎片的能力不足，延長(zhǎng)炎癥反應(yīng)時(shí)間。同時(shí)在心臟損傷晚期，巨噬細(xì)胞數(shù)量不足導(dǎo)致心臟纖維化修復(fù)能力不足、修復(fù)時(shí)間延遲。增加巨噬細(xì)胞的數(shù)量，可能增加吞噬作用來(lái)縮短炎癥進(jìn)程，但是，巨噬細(xì)胞在損傷早期的促炎作用，會(huì)放大炎癥范圍，增加損傷面積，在損傷晚期，過(guò)量的巨噬細(xì)胞使心臟過(guò)度纖維化，產(chǎn)生心臟收縮功能障礙、心律失常等不良后果。心肌纖維化過(guò)程有多種細(xì)胞及細(xì)胞因子的參與。而巨噬細(xì)胞在心血管病如高血壓、心肌梗死的心肌纖維化過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用，如何阻斷及何時(shí)阻斷巨噬細(xì)胞的作用或者應(yīng)該把巨噬細(xì)胞數(shù)量控制在哪種水平，對(duì)于機(jī)體心臟纖維化修復(fù)最有益，仍值得進(jìn)一步探討。