巨噬細胞在心肌損傷修復(fù)中的調(diào)控機制研究進展

朱鑫泰 綜述 沈振亞，陳維倩 審校

1.蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院心臟大血管外科，江蘇 蘇州 215000；

2.蘇州大學(xué)心血管病研究所，江蘇 蘇州 215000

心臟、血管和血液構(gòu)成了人體重要的循環(huán)系統(tǒng)，它不僅可以將營養(yǎng)物質(zhì)、氧氣及各種調(diào)節(jié)分子輸送到全身各個細胞中，而且可以將細胞內(nèi)的代謝廢物輸送出去。心臟主要由心肌細胞構(gòu)成，而心肌細胞的再生能力很差，通常嚴(yán)重的心肌損傷會導(dǎo)致不可逆的心臟重塑及功能障礙。因此，只有充分地理解心肌損傷后引發(fā)的炎癥與修復(fù)的機制才能找到更好的改善方法。心臟損傷后的炎癥發(fā)生、發(fā)展及修復(fù)是由多種免疫細胞(中性粒細胞、單核細胞、巨噬細胞、自然殺傷細胞以及T、B淋巴細胞)共同參與的[1]，其中巨噬細胞是免疫反應(yīng)的中央調(diào)節(jié)器，能產(chǎn)生大量炎性細胞因子，驅(qū)使不同炎性細胞向炎癥組織浸潤，最終改善心臟炎癥及纖維化。

1 巨噬細胞的分類及其相關(guān)炎性因子

1.1 巨噬細胞的功能及分類 巨噬細胞在機體中主要有三個功能:宿主防御、傷口愈合及免疫調(diào)節(jié)。其中參與宿主防御的主要為經(jīng)典激活型巨噬細胞(促炎巨噬細胞，統(tǒng)稱M1 巨噬細胞，簡稱M1)，而參與傷口愈合及免疫調(diào)節(jié)的主要為交替激活型巨噬細胞(包括傷口愈合性巨噬細胞及調(diào)節(jié)性巨噬細胞，統(tǒng)稱M2巨噬細胞，簡稱M2)[2]，大量研究證明M2 巨噬細胞的范疇已經(jīng)擴大到包括所有非M1巨噬細胞。

1.2 巨噬細胞相關(guān)的炎性因子 促炎巨噬細胞相關(guān)的炎性因子有C-C基序趨化因子配體15(Chemokine C-C motif Ligand 15，CCL15)、CCL20、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)、白細胞介素-1(IL-1)、IL-2、IL-6、IL-12、IL-23、C-X-C基序趨化因子配體9 (chemokine C-X-C motif ligand 9，CXCL9)、CXCL2、CXCL10、CXCL11、C-X-C基序趨化因子受體4 (chemokine C-X-C motif receptor 4，CXCR4)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、干擾素-γ等。傷口愈合性巨噬細胞相關(guān)的炎性因子：CCL18、CCL17、CCL22、CXCL4、IL-4、IL-13、IL-35、轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factorβ，TGFβ)等。調(diào)節(jié)性巨噬細胞相關(guān)的炎性因子有CCL1、CCL2、IL-10、CXCL5、糖皮質(zhì)激素、G蛋白偶聯(lián)受體、凋亡細胞等。

2 巨噬細胞與受損心肌的修復(fù)

根據(jù)巨噬細胞作用將心肌損傷后的時期分為前期促炎期和后期修復(fù)期兩個時期，因此降低前期促炎反應(yīng)或加強后期修復(fù)反應(yīng)對減輕心肌損傷及促進損傷愈合顯得尤為重要。

2.1 M1 與受損心肌的修復(fù) 以往研究證實M1在受損心肌中有抑制心肌修復(fù)的作用，早在2013年的一項研究中發(fā)現(xiàn)胸腺素β4-亞砜(thymosinβ4-sulfoxide)是受損心肌抗炎過程的指導(dǎo)性趨化信號，其通過在受損部位抑制干擾素-γ生成引發(fā)M1 耗竭，從而促進傷口愈合[3]。后來MOHAMMADIPOOR等[4]發(fā)現(xiàn)斯鈣素-1(stanniocalcin-1，STC-1)不僅能降低受損心肌中CD14、TNF-α、CXCL2、IL-1β和髓過氧化物酶的水平，還抑制了分化的M1 對CD14 配體脂多糖(LPS)的反應(yīng)，進而降低促炎反應(yīng)。2019 年的一項研究證明外源性CXCL4 的輸注會通過基質(zhì)金屬蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9，MMP-9)降低CD36 受體水平，進而通過作用于CXCR4促進M1的募集導(dǎo)致炎癥加重[5]，而CXCR4拮抗劑可以減弱M1引起的促炎反應(yīng)[6]。研究發(fā)現(xiàn)在M1 中，Yes 相關(guān)蛋白(Yes-associated protein，YAP)和具有PDZ 結(jié)合基序的轉(zhuǎn)錄輔激活子(transcriptional coactivator with PDZ-binding motif，TAZ)的過表達可通過增加IL-6來促進炎癥反應(yīng)，而YAP/TAZ基因的缺失可導(dǎo)致促炎反應(yīng)受損和修復(fù)反應(yīng)增強[7]。另一項研究發(fā)現(xiàn)受損心肌中的巨噬細胞通過高度表達Sestrin2(一種調(diào)節(jié)代謝穩(wěn)態(tài)的應(yīng)激誘導(dǎo)蛋白)從而抑制mTORC1 信號，進而抑制M1 的促炎反應(yīng)[8]。有研究證實M1 通過釋放大量促炎性外來體(M1-exosomes，M1-Exos)來抑制Sirt1/AMPKα2-內(nèi)皮一氧化氮合酶和RAC1-PAK2信號通路，從而降低血管內(nèi)皮細胞的生成能力進而加重心肌損傷[9]。另有研究發(fā)現(xiàn)LGR4(leucine-rich repeat-containing G protein-coupled receptor 4，LGR4)通過調(diào)節(jié)M1 的生成及其促炎反應(yīng)對抗心肌梗死后的心臟修復(fù)[10]。這些巨噬細胞的調(diào)控方式為心肌損傷的預(yù)防和治療提供了方向。

2.2 M2與受損心肌的修復(fù) 有關(guān)T淋巴細胞的一項早期研究表明，耐受性樹突狀細胞在心肌梗死組織中通過激活調(diào)節(jié)性T細胞(Tregs)改善心肌重塑及功能[11]，這可能與Tregs或TH2型細胞調(diào)控受損心肌組織中巨噬細胞向M2分化有關(guān)。在2014年的一項實驗中證實了CD4+Foxp3+Tregs在受損心肌中確實可以誘導(dǎo)巨噬細胞向M2分化，通過分泌大量M2相關(guān)衍生蛋白并激活肌成纖維細胞促進傷口愈合[12]。為了證明Tregs 是因為分泌IL-10 發(fā)揮抑制炎癥的作用，研究者通過對照實驗證明IL-10 可促使巨噬細胞向M2 分化[13]。后SHIRAKAWA 等[14]發(fā)現(xiàn)IL-10 的一種作用機制為，刺激CD11b+Ly6G-粒細胞通過信號轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)錄激活劑3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)酪氨酸磷酸化途徑分化為產(chǎn)生骨橋蛋白(osteopontin，OPN)的半乳糖凝集素-3hiCD206+(Galectin-3hiCD206+)巨噬細胞(一種M2)，而缺乏CD39 的心梗組織通過細胞外ATP 和IL-4 的增加類似地驅(qū)動了CD301+和CD206+修復(fù)型巨噬細胞(一種M2)的生成，這幾類巨噬細胞在受損心肌中均有著較強的修復(fù)功能[15]?；谝酝鶎嶒炞C實CX3C 趨化因子受體1(CX3CR1)在免疫分辨和傷口愈合中的關(guān)鍵作用。TANG 等[16]證明前列腺素(prostaglandin) P2/(E-prostanoid)Ep3 通過促進TGFβ1生成從而增加Ly6Clow巨噬細胞中CX3CR1的表達和血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的分泌，進而促進修復(fù)性Ly6Clow巨噬細胞(一種M2)的遷移和受損組織周圍血管的生成。類似的研究發(fā)現(xiàn)12/15脂氧合酶(12/15 Lipoxygenase，12/15 LOX)量的降低通過促進M2生成激活Ep4信號，同樣促進了受損心肌的愈合[17]。另一項研究證明IL-35通過STAT1和STAT4的磷酸化途徑激活巨噬細胞中CX3CR1 的轉(zhuǎn)錄，進而促進修復(fù)性巨噬細胞亞群Ly6Clow的存活和細胞外基質(zhì)沉積，促進傷口愈合[18]。而受損心肌中IL-13[19]、IL-35 的消除使得心梗后組織愈合和重塑發(fā)生惡化[18]。在心肌損傷早期炎癥的研究中發(fā)現(xiàn)，β2腎上腺素能受體通過激活蛋白1 相關(guān)β-arrest 2 信號通路不僅調(diào)節(jié)趨化因子受體2(chemokine C-C motif receptor 2，CCR2)的表達，而且調(diào)節(jié)其對CCL2的反應(yīng)，進而驅(qū)動M2向受損心肌的募集[20]；后來WANG等[21]發(fā)現(xiàn)在心梗組織中加入了合成的o-透明質(zhì)酸(＜10 個二糖單位，hyaluronan oligosaccharides，o-HA)也可以通過激活趨化因子CCL2和CXCL5 改善M2 的極化。LIM 等[22]在2021 年發(fā)現(xiàn)M2 通過增加金屬蛋白酶14 (matrix metalloproteinase 14，Mmp14)的表達激活其內(nèi)部的TGFβ1，從而導(dǎo)致內(nèi)皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(endothelial-to-mesenchymal transition，EndMT)，對心臟修復(fù)和重塑產(chǎn)生較大貢獻[23]。近些年一些新的研究發(fā)現(xiàn)硫化氫(H2S)可以通過增強線粒體生物發(fā)生和脂肪酸氧化誘導(dǎo)M2極化[24]；另一項研究發(fā)現(xiàn)含血紅素的巨噬細胞靶向脂質(zhì)載體通過激活血紅素氧化酶-1(heme oxygenase-1，HO-1)將巨噬細胞轉(zhuǎn)化為抗炎表型，并促進心肌梗死組織的愈合和修復(fù)[25]。過去有研究人員在骨髓來源的單核與巨噬細胞中提取到了一種具有治療潛力的旁分泌蛋白-髓源性生長因子(myeloid-derived growth factor，MYDGF)，其為19號染色體上開放閱讀框編碼的分泌蛋白[26]，后來研究證實其通過激活c-Myc/FoxM1 途徑促進心肌細胞和血管增殖，從而減輕心肌梗死后的收縮功能障礙[27]。

2.3 M1、M2的協(xié)同作用與受損心肌的修復(fù) 心肌損傷后的愈合涉及炎性Ly6Chigh (M1)及修復(fù)性Ly6Clow(M2)巨噬細胞的雙相作用。過去有研究者發(fā)現(xiàn)脂蛋白相關(guān)磷脂酶A2 (lipoprotein-associated phospholipase A2，Lp-PLA2)通過增加炎性因子TNF-α、IL-1β、IL-6 和促炎性Ly6Chigh 巨噬細胞破壞炎癥和修復(fù)之間的關(guān)系來抑制心肌修復(fù)，而Lp-PLA2 消除后的心梗組織則出現(xiàn)大量修復(fù)性Ly6Clow巨噬細胞，從而降低損傷處的炎癥反應(yīng)并促進修復(fù)[28]。HAN 等[29]發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯(graphene oxide，GO)不僅可以作為抗氧化劑通過減少細胞內(nèi)活性氧來減輕巨噬細胞的M1分化，還可以作為IL-4 質(zhì)粒DNA 的載體刺激M2 生成；另一研究發(fā)現(xiàn)n-炔丙基咖啡堿(N-Propargyl Caffeamide，PACA)通過激活Nrf2/HO-1 通路并減弱LPS 對NF-κB 的激活，同樣促進M1 向M2 極化，有效地減小了梗死心肌面積[30]。傳統(tǒng)人們認為吡格列酮是一種過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor-gamma，PPARγ)激動劑，而最新一項實驗證明納米顆粒(nanoparticle，NP)介導(dǎo)的吡格列酮通過抑制M1 募集及其促炎反應(yīng)并促進M2生成從而減輕心臟炎癥[31]。在近些年的一些研究中，RIENKS 等[32]發(fā)現(xiàn)，單核細胞中Semaphorin 3A (Sema3A)蛋白表達的增加使得CX3CR1 的表達增加，后者不僅調(diào)節(jié)M1 向著誘導(dǎo)凋亡方向的轉(zhuǎn)變而改變促炎狀態(tài)，而且調(diào)節(jié)M1向M2極化；后來CAO等[33]發(fā)現(xiàn)，心肌損傷產(chǎn)生的核酸能激活并分泌環(huán)GMP-AMP 合酶(cyclic GMP-AMP synthase，cGAS)，而cGAS的缺乏消除了關(guān)鍵炎癥因子(如iNOS)的誘導(dǎo)作用，同樣促進巨噬細胞向M2 方向轉(zhuǎn)化。LI 等[34]最新發(fā)現(xiàn)，巨噬細胞表達的低氧誘導(dǎo)有絲分裂因子(hypoxia-induced mitogenic factor，HIMF)通過激活STAT1 和STAT3 信號促進M1并抑制M2極化來負調(diào)節(jié)心肌修復(fù)，因此可以通過靶向清除HIMF 促進M2 生成以改善急性心肌損傷。另外ZHAO等[35]在其研究中發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)基質(zhì)細胞衍生的外來體(mesenchymal stromal cell-derived exosomes，MSC-Exo)通過穿梭miR-182 促使M1 向M2 極化以減輕心肌損傷。最新研究表明，轉(zhuǎn)錄因子Nur77可介導(dǎo)炎癥性Ly6Chigh 巨噬細胞向修復(fù)性Ly6Clow巨噬細胞轉(zhuǎn)變，而鈣結(jié)合蛋白S100A9 可在心梗機體內(nèi)增加Ly6Chigh 單核細胞中轉(zhuǎn)錄因子Nur77 的生成和活性，但分析結(jié)果表明，短期阻斷S100A9 生成較長期阻斷S100A9更能在心梗后炎癥期改善炎癥及心臟長期功能[36]。此外另有研究表明，中性粒細胞分泌體中的關(guān)鍵誘導(dǎo)劑-中性粒細胞明膠酶相關(guān)脂質(zhì)運載蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGAL)可以誘導(dǎo)巨噬細胞向介導(dǎo)凋亡細胞清除的M2方向分化[37]；后來EGHBALZADEH 等[38]發(fā)現(xiàn)中性粒細胞胞外陷阱(neutrophil extracellular traps，NETs)在心肌缺氧條件下抑制M1 極化及IL-6、TNF-α表達，并促進M2 極化及IL-10表達，從而促進受損心肌修復(fù)。

3 干細胞與受損心肌的修復(fù)

干細胞治療受損心肌是近年來比較熱門的研究方向。2017 年的一項研究表明同種異體人類心臟衍生干細胞/祖細胞(human cardiac-derived stem/progenitor cells，hCPC)通過促進單核細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞的抗炎極化來促進心肌損傷后的修復(fù)[39]，其中一種機制認為：來自人類心血管祖細胞的細胞外小泡(extracellular vesicles cardiovascular progenitor cells，EV-CPC)通過降低受損心肌組織中M1、Ly6Chigh單核細胞的數(shù)量和IL-1α、IL-2、IL-6的水平，并增加M2的數(shù)量和IL-10 的水平，從而引發(fā)修復(fù)性免疫反應(yīng)[40]；另一種機制認為：人胚胎干細胞衍生的心血管祖細胞(human embryonic stem cell-derived cardiovascular progenitors cells，hESC-CVPCs)在心肌損傷前期通過STAT6 途徑激活M2 來促進損傷修復(fù)[41]。不同來源的間充質(zhì)干細胞通過不同機制進行心肌修復(fù)，巢蛋白+心臟間充質(zhì)干細胞(cardiac nestin+ mesenchymal stromal cells，Nes+cMSCs)在受損心肌組織中通過高度表達骨膜素促進M2 極化[42]；受損心肌組織中高度表達的維甲酸相關(guān)孤兒受體α(retinoic acid-related orphan receptorα，RORα)可通過促進骨髓間充質(zhì)干細胞分泌血管生成素樣肽4促進M2極化[43]。另有研究發(fā)現(xiàn)，骨髓單個核細胞(bone marrow mononu-clear cells，BM-MNCs)在IL-4 作用下能在體外有效地產(chǎn)生M2，M2 的受損心肌移植獲得了優(yōu)于BM-MNCs 直接移植的治療效果[44]。最新研究表明，在受損心肌區(qū)域注射兩種不同類型的成人干細胞及化學(xué)誘導(dǎo)劑，可誘導(dǎo)區(qū)域性CCR2+、CX3CR1+巨噬細胞(M2)積聚并改變該區(qū)域心臟成纖維細胞活性，改善心肌活動功能[45]。

4 總結(jié)

巨噬細胞在參與心肌損傷的發(fā)生、發(fā)展及修復(fù)中伴隨大量炎性因子生成，通過對炎性因子的調(diào)控促使巨噬細胞趨向M2分化或抑制其M1分化可改善心肌損傷的結(jié)局，由于分化后的M1、M2之間存在轉(zhuǎn)化性，也可通過調(diào)控轉(zhuǎn)化介質(zhì)達到相同目的。后續(xù)還將對巨噬細胞調(diào)控的修復(fù)效能行綜合對比分析，找出多個修復(fù)效能較強的靶點，并探討多靶向聯(lián)合調(diào)控的修復(fù)效能。