巨噬細胞功能及其在心臟疾病中作用的研究進展

董經(jīng)緯 苗 柳

1.廣西壯族自治區(qū)柳州市人民醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，廣西柳州 545000；2.廣西壯族自治區(qū)柳州市人民醫(yī)院心內(nèi)科，廣西柳州 545000

巨噬細胞是心肌內(nèi)數(shù)量最多的免疫細胞，它的主要功能包括抗原提呈、 清除細胞碎片及病原體、產(chǎn)生細胞因子和其他調(diào)節(jié)因子，在維持體內(nèi)穩(wěn)態(tài)和疾病中也起著關(guān)鍵作用。巨噬細胞不僅觸發(fā)炎癥反應(yīng)，而且介導(dǎo)組織修復(fù)，在新生小鼠心肌損傷中介導(dǎo)心臟再生。 不僅如此，巨噬細胞還與心臟傳導(dǎo)關(guān)系密切，一種解釋是不同的巨噬細胞亞群具備不同的功能，發(fā)揮著損傷或修復(fù)作用[1]。 本文介紹了巨噬細胞的分類、功能以及目前在心臟疾病中的研究現(xiàn)狀。

1 巨噬細胞概述

巨噬細胞是一種多功能的免疫細胞，分布在全身各處。它們在器官發(fā)育、炎癥與組織修復(fù)、組織穩(wěn)態(tài)中均起著重要作用。 20 世紀60年代，有學(xué)者提出巨噬細胞起源于血液單核細胞，是脊椎動物固有免疫系統(tǒng)的組成部分[2]。隨著遺傳譜系追蹤技術(shù)的發(fā)展，小鼠巨噬細胞的發(fā)育得到了新的認識。 在早期妊娠期間[胚胎第6.5～8.5 天（E6.5～E8.5）]， 巨噬細胞作為唯一的“白細胞”首先在胚胎外卵黃囊中出現(xiàn)[3]。這個階段，卵黃囊中的祖細胞只產(chǎn)生巨噬細胞和紅細胞。 E8.5～E10.5 造血干細胞（hematopoietic stem cell，HSC）從主動脈-性腺-中腎中出現(xiàn)，并產(chǎn)生包括巨噬細胞在內(nèi)的所有免疫譜系。 從E10.5 開始，造血干細胞遷移到胎肝，在胚胎發(fā)育的剩余階段，胎肝是主要的造血器官。只有在圍生期，傳統(tǒng)的骨髓造血干細胞才成為造血的主要場所，并產(chǎn)生完整的免疫譜系。 在胚胎發(fā)育過程中，卵黃囊來源的巨噬細胞和HSC 來源的巨噬細胞的轉(zhuǎn)錄因子不同。卵黃囊來源的祖細胞獨立于轉(zhuǎn)錄因子Myb 發(fā)育，HSC 來源完全依賴于Myb[4]。

2 巨噬細胞的分類及功能

2.1 根據(jù)巨噬細胞功能分類

巨噬細胞的分類，最早應(yīng)用M1/M2 二分法，這個分類系統(tǒng)是建立在體外刺激系統(tǒng)的基礎(chǔ)上的，該系統(tǒng)將巨噬細胞定義為炎癥性（M1）或修復(fù)性（M2）。 其中M1型巨噬細胞代表由γ-干擾素（interferon-γ，IFN-γ）、脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）和/或促炎細胞因子等誘導(dǎo)的典型炎癥細胞群，而M2 型巨噬細胞是指由白細胞介素4（interleukin 4，IL-4）在內(nèi)的特異性細胞因子的誘導(dǎo)，具有抗炎修復(fù)功能[5-6]。M2 巨噬細胞可再為三種類型：M2a，由IL-4 或IL-13 誘導(dǎo)；M2b，由免疫復(fù)合物（immune complex，IC）和Toll 樣受體誘導(dǎo)；M2c，IL-10 和糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)。 然而，這一命名法很難應(yīng)用于體內(nèi)，因為細胞在體內(nèi)不止這兩種形式，而且巨噬細胞還可能根據(jù)環(huán)境在表型之間動態(tài)地相互轉(zhuǎn)換[7-9]。 如果同時暴露在促炎和抑炎刺激的組合下，即LPS、IFN-γ、IL-4 和IL-13， 小鼠巨噬細胞獲得混合激活狀態(tài)， 單個細胞同時表達M1 標記（cluster of differentiation，CD86）和M2 標記CD206，而不是兩極分化為不同的表型[10]。 M1 巨噬細胞是有效的效應(yīng)細胞，在1 型輔助性T 細胞（T helper 1，Th1）反應(yīng)中被整合，殺死微生物和腫瘤細胞，并產(chǎn)生大量的促炎細胞因子。 M2 巨噬細胞調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)和適應(yīng)性I 型免疫，清除碎片和促進血管生成，組織重塑和修復(fù)[6]。

2.2 根據(jù)巨噬細胞起源分類

另一種巨噬細胞分類方法是根據(jù)起源，來自不同來源的細胞在功能上可能是不同的。 關(guān)于心肌組織中的巨噬細胞，最近的研究結(jié)合了譜系追蹤、拋物模型、 傳統(tǒng)的流式細胞術(shù)和單細胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)來嚴格定義穩(wěn)態(tài)小鼠心臟中的心臟巨噬細胞亞群。 根據(jù)細胞表面CC 類趨化因子受體2（CC chemokine receptor 2，CCR2）和主要組織相容性復(fù)合體Ⅱ（major histocompatibility complex II，MHC-II） 的表達可將巨噬細胞 分 為CCR2-MHCIIlow、CCR2-MHCIIhigh、CCR2+MHC-IIhigh 三個亞群。 CCR2-MHCIIlow 巨噬細胞來源于胚胎造血祖細胞， 在胎兒發(fā)育期間植入心臟，壽命長，通過局部增殖在整個生命周期中獨立于單核細胞輸入。 CCR2-MHCIIhigh 巨噬細胞來源于胎兒肝臟， 部分被循環(huán)血單核細胞取代。 CCR2+MHCIIhigh巨噬細胞全部來源于循環(huán)單核細胞，以CC 趨化因子配體2/7 （CC chemokine ligand 2/7, CCL2/CCL7）和CCR2 軸依賴的方式浸潤心臟[11-12]。

巨噬細胞個體發(fā)育與組織生態(tài)位決定了巨噬細胞的功能。 在心肌組織中，CCR2-巨噬細胞調(diào)節(jié)冠狀動脈發(fā)育，可能通過分泌胰島素樣生長因子刺激冠狀動脈血管生成，也是新生小鼠和某些物種心肌細胞再生的關(guān)鍵因素[13-14]。 CCR2-巨噬細胞表達較低的炎癥因子和趨化因子[12-13,15]。 抑制單核細胞和中性粒細胞浸潤[16]。 CCR2-巨噬細胞中，只有CCR2-MHCIIhigh 具有抗原提呈能力[15]。 CCR2+巨噬細胞主要分泌炎癥趨化因子[CCL2、CCL7、CCL17、CXC 配 體2（CXC motif chemokine ligand 2，CXCL2）及CXCL5]和促炎細胞因子[IL-1β、IL-6、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）]，能夠募集中性粒細胞及單核細胞[16]。CCR2+巨噬細胞同樣具有抗原提呈能力。三種巨噬細胞亞群在體外顯示出類似的吞噬能力[12]。 巨噬細胞還具有傳導(dǎo)功能[17]，巨噬細胞通過縫隙連接與心肌細胞直接接觸，去除心臟駐留巨噬細胞或巨噬細胞中的連接蛋白43，導(dǎo)致房室傳導(dǎo)受損。

3 巨噬細胞在心臟疾病中的作用

3.1 心肌巨噬細胞與心肌炎

目前巨噬細胞在心肌炎中的研究， 主要針對M1及M2 極化表型， 基本上可得出M1 加重心肌炎，而M2 減輕心肌炎癥。 在柯薩奇病毒B3（coxsachie virus B3，CVB3）引起的病毒性心肌炎中，早在CVB3 感染后第3 天， 巨噬細胞就被發(fā)現(xiàn)在心臟組織中富集[18]，并分泌豐富的IL-1β 而加重心肌炎癥[19]。 過繼M1 巨噬細胞顯著促進了小鼠心肌炎。 將M2 巨噬細胞轉(zhuǎn)移到易感雄性小鼠體內(nèi)，通過調(diào)節(jié)局部細胞因子，顯著減輕了心肌炎癥[20]。 同樣在CVB3 引起的心肌炎中，IL-13 缺乏可通過減少M2 巨噬細胞數(shù)量增加CVB3心肌炎嚴重程度，但不影響感染后心臟病毒復(fù)制。 M2巨噬細胞減少導(dǎo)致IL-1、IL-18、IFN-α、 轉(zhuǎn)化生長因子-β （transforming growth factor-β，TGF-β）、IL-4 以及組胺水平顯著升高、CD4+T 細胞和自身反應(yīng)性抗體增高[21]。 雖然巨噬細胞從促炎性表型向修復(fù)性表型的轉(zhuǎn)變被經(jīng)典地定義為M1 到M2 極化， 但心臟中M1/M2 轉(zhuǎn)錄譜不能包括所有巨噬細胞[7]。巨噬細胞分泌促炎因子加重心肌損傷，但全部刪除巨噬細胞在病毒性心肌炎（viral myocarditis，VMC）中增加了死亡率，并且在存活的小鼠心肌內(nèi)，觀察到了纖維化的減輕。 提示不同的巨噬細胞亞群可能發(fā)揮不同的作用。根據(jù)起源分類的巨噬細胞在VMC 及炎癥性心肌的病中的作用研究相對較少。 應(yīng)用CCL2 拮抗劑，VMC 小鼠急性期炎癥減輕，心肌浸潤的單個核細胞明顯減少[22]。

3.2 心肌巨噬細胞與心肌梗死

近幾十年來，急性心肌梗死的早期干預(yù)，尤其是及時再灌注治療的增加，顯著提高了生存率，盡管如此，急性心肌梗死后心室重構(gòu)和隨后的心力衰竭仍然是一個重大的臨床挑戰(zhàn)[23]。 巨噬細胞在心肌損傷的最初炎癥反應(yīng)和隨后的傷口愈合中是不可或缺的。骨髓來源的巨噬細胞被募集到損傷的心肌，是心臟修復(fù)的必要條件，它們以促炎和修復(fù)表型來調(diào)節(jié)炎癥和修復(fù)反應(yīng)[24]。 心肌梗死后，M1 型巨噬細胞釋放大量的促炎性外泌體（M1-exosomes，M1-Exos），M1-Exos 發(fā)揮抗血管生成作用，加速心肌梗死損傷，抑制心臟愈合[25]。在小鼠心肌梗死模型中，在體內(nèi)輸注IL-10，可通過刺激巨噬細胞向M2 型極化減輕炎癥和促進心臟傷口愈合。巨噬細胞也可通過Hippo 信號通路介導(dǎo)炎癥和修復(fù)[24]。 心肌梗死后，巨噬細胞早期表現(xiàn)出促炎性M1 表型，后來轉(zhuǎn)為抗炎性M2 表型，這與心肌炎中的情況相似[26]。而根據(jù)起源分類，CCR2-巨噬細胞減少心梗后心臟破裂，改善傷口愈合，減輕心臟重塑[27]。 也有研究認為巨噬細胞不影響早期的梗死面積，而是影響梗死后左室重構(gòu)，CCR2-巨噬細胞抑制單核細胞募集， 減少心肌梗死面積；CCR2+巨噬細胞促進單核細胞募集，促進心肌損傷[16,28-29]。 對巨噬細胞的最新見解可能為急性心肌梗死后心衰的靶向預(yù)防及治療提供了新的機會。

3.3 心肌巨噬細胞與心律失常

心律失常是導(dǎo)致心源性猝死的主要因素，在人和小鼠的房室結(jié)內(nèi)，存在大量的CCR2-和CCR2+巨噬細胞[30]，心肌巨噬細胞通過縫隙連接蛋白43 促進心肌細胞間信號傳遞，從而維持心臟沖動傳導(dǎo)。 巨噬細胞產(chǎn)生的雙調(diào)節(jié)蛋白是控制連接蛋白43 磷酸化和易位的關(guān)鍵介質(zhì)[17,31]。在體內(nèi)，清除心臟原駐巨噬細胞或巨噬細胞縫隙連接蛋白43 導(dǎo)致心臟傳導(dǎo)受損[30]。 巨噬細胞可以促進交感神經(jīng)亢進，巨噬細胞產(chǎn)生的促炎因子，如IL-1β、IL-6 和TNF-α 能通過循環(huán)或傳入纖維激活交感神經(jīng)神經(jīng)系統(tǒng)，形成促心律失常底物，直接影響心肌電生理[32]。 心肌巨噬細胞與心律失常密切相關(guān)， 但尚不清楚各巨噬細胞亞群在不同心臟疾病中，心肌細胞信號傳導(dǎo)中的具體作用。

4 展望

當(dāng)代免疫學(xué)技術(shù)提供了巨噬細胞的新范式，人類心臟巨噬細胞也包括具有不同譜系的募集和駐留細胞亞群，在心臟穩(wěn)態(tài)中有特定的功能，但確切的這些細胞在人類心肌炎、 心肌梗死和心力衰竭仍有待確定。進一步了解巨噬細胞亞群的角色及在先天性和適應(yīng)性的免疫中的作用，可針對巨噬細胞介導(dǎo)的致病機制進行治療，提高心臟組織修復(fù)能，成為心臟重構(gòu)的藥物的靶點，是心臟疾病治療的新方向。