CCR2+巨噬細(xì)胞與病理性心肌重構(gòu)的研究

夏紅霞 唐其柱 袁 園 周 恒

病理性心肌重構(gòu)影響心力衰竭的發(fā)展和預(yù)后,病理性心肌重構(gòu)特征是解剖重構(gòu)(左心室擴(kuò)張、左心室肥大)、組織重構(gòu)(心肌細(xì)胞肥大、心肌間質(zhì)纖維化、毛細(xì)血管數(shù)量減少)、分子重構(gòu)(促肥大和促炎癥途徑的激活)、代謝和神經(jīng)激素重構(gòu)(交感神經(jīng)和腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)的過度激活)[1]。單核細(xì)胞在免疫系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用,它通過直接清除病原體或產(chǎn)生腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-1、IL-2等細(xì)胞因子,以一種非抗原特異性的方式保護(hù)機(jī)體器官免受有害病原體的侵害。單核細(xì)胞被認(rèn)為是炎性細(xì)胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-12)的核心來(lái)源,也是此類細(xì)胞因子的主要靶點(diǎn),少量的趨化因子就足以將單核細(xì)胞從血液招募到各種組織中,并激活它們分化成巨噬細(xì)胞。在心臟免疫細(xì)胞亞群中,巨噬細(xì)胞是通過表達(dá)C-C趨化因子受體2(CCR2)在病理性心肌重構(gòu)中發(fā)揮著特別重要的作用。本文對(duì)CCR2+單核細(xì)胞來(lái)源的巨噬細(xì)胞在參與病理性心肌重構(gòu)中的角色做出闡述,旨在尋求防治心肌重構(gòu)的新策略,從而促進(jìn)心力衰竭治療的進(jìn)步。

一、心臟巨噬細(xì)胞亞群的區(qū)分

心臟中存在多個(gè)常駐巨噬細(xì)胞亞群,這些亞群可通過其細(xì)胞表面標(biāo)志物的不同表達(dá)予以區(qū)分。在2014年,遺傳命運(yùn)圖譜研究使Epelman等證明CCR2的表達(dá)與否是將單核細(xì)胞來(lái)源的心臟巨噬細(xì)胞與胚胎來(lái)源的心臟巨噬細(xì)胞區(qū)分開來(lái)的標(biāo)志[2]。在同一年,通過流式細(xì)胞術(shù)和遺傳譜系追蹤,研究人員確定小鼠心臟含有兩個(gè)常駐巨噬細(xì)胞群:一個(gè)單核細(xì)胞衍生的巨噬細(xì)胞群(MHC-ⅡhiCCR2+)和一個(gè)單核細(xì)胞群(MHC-ⅡloCCR2+),心臟受損后選擇性地招募單核細(xì)胞和MHC-ⅡhiCCR2+單核細(xì)胞衍生的巨噬細(xì)胞[3]。實(shí)際上,所有源自循環(huán)單核細(xì)胞的巨噬細(xì)胞都屬于CCR2+表型,且比心臟中其他類型巨噬細(xì)胞有更多促炎基因的表達(dá)[4]。

有研究人員聯(lián)合使用遺傳命運(yùn)圖譜、長(zhǎng)期異生研究和單細(xì)胞RNA測(cè)序技術(shù)又細(xì)化了這一分類,將其細(xì)分為4個(gè)心臟單核-吞噬細(xì)胞亞群:一個(gè)不依賴血液?jiǎn)魏思?xì)胞維持的亞群TIMD4+LYVE1+MHC-ⅡloCCR2-,一個(gè)部分由單核細(xì)胞替代的亞群TIMD4-LYVE1-MHC-ⅡhiCCR2-,和兩個(gè)全部由單核細(xì)胞替代的亞群CCR2+MHC-Ⅱhi[5]。對(duì)于人類心臟中巨噬細(xì)胞的組成,Bajpai等[6]也進(jìn)行了研究,他從缺血性和擴(kuò)張型心肌病患者心肌活檢樣本中發(fā)現(xiàn),CCR2-巨噬細(xì)胞、CCR2+巨噬細(xì)胞以及CCR2+單核細(xì)胞。根據(jù)其表達(dá)的HLA-DR(人類MHC-Ⅱ同源物),最終分為3組,即CCR2+HLA-DRlo單核細(xì)胞、CCR2-HLA-DRhi巨噬細(xì)胞和CCR2+HLA-DRhi巨噬細(xì)胞,人心臟中巨噬細(xì)胞與小鼠比較,其區(qū)別是缺乏與小鼠中CCR2-MHC-Ⅱlo巨噬細(xì)胞相對(duì)應(yīng)的群體。

二、CCR2+巨噬細(xì)胞的起源

心臟駐留CCR2-巨噬細(xì)胞起源于胚胎,源于卵黃囊或胎肝造血祖細(xì)胞,通過原位增殖在心臟中維持一定數(shù)量,具有促進(jìn)冠狀動(dòng)脈發(fā)育、心臟再生和促進(jìn)房室結(jié)內(nèi)電傳導(dǎo)的功能[2,7,8]。心臟駐留CCR2+巨噬細(xì)胞來(lái)源于造血祖細(xì)胞,通過單核細(xì)胞募集和局部增殖來(lái)維持和擴(kuò)大,即產(chǎn)生CCL2和粒-巨噬細(xì)胞集落刺激因子(GM-CSF)等趨化因子和細(xì)胞因子,將CCR2+單核細(xì)胞吸引到受損心臟,然后分化為單核細(xì)胞來(lái)源的巨噬細(xì)胞,促發(fā)心臟氧化應(yīng)激,從而導(dǎo)致心肌損傷并促進(jìn)不良的心肌重構(gòu)[2,3,5,9]。

研究發(fā)現(xiàn),CCR2-和CCR2+巨噬細(xì)胞在不同的發(fā)育時(shí)間點(diǎn)進(jìn)入心臟。CCR2-巨噬細(xì)胞在胎齡為12.5天時(shí)開始出現(xiàn)在心臟內(nèi),并定位于心外膜下間隙,而CCR2+的心臟巨噬細(xì)胞在胎齡為14.5天左右時(shí)出現(xiàn)在心臟中,并定位于心內(nèi)膜小梁[10]。然而,流式細(xì)胞術(shù)和組織學(xué)實(shí)驗(yàn)表明,從出生后第14天開始,小鼠心臟中出現(xiàn)了數(shù)量更多的CCR2+巨噬細(xì)胞[10]。這些CCR2+巨噬細(xì)胞來(lái)源于由骨髓或髓外組織產(chǎn)生的單核細(xì)胞,并且在3周內(nèi)其50%的數(shù)量由循環(huán)單核細(xì)胞補(bǔ)充,這一過程依賴于心臟中CCL2/CCR2信號(hào)表達(dá)[5,11]。CCR2+巨噬細(xì)胞對(duì)心臟常駐巨噬細(xì)胞總量的貢獻(xiàn)隨著年齡的增長(zhǎng)而增加[12]。CCR2+心臟駐留巨噬細(xì)胞的進(jìn)行性增加可能導(dǎo)致心力衰竭等心臟病理狀況的進(jìn)展,而心臟病理性進(jìn)展與年齡增長(zhǎng)呈正相關(guān)[13]。

關(guān)于心臟駐留巨噬細(xì)胞增殖的相關(guān)機(jī)制,一種是A型清道夫受體(Scaf1)的激活,該受體與氧化型低密度脂蛋白、革蘭陰性和陽(yáng)性細(xì)菌的細(xì)菌成分以及β淀粉樣蛋白等在內(nèi)的多種配體結(jié)合,導(dǎo)致癌基因c-Myc的細(xì)胞內(nèi)激活[11];另一種機(jī)制是心臟駐留巨噬細(xì)胞感應(yīng)收縮心肌中的張力,導(dǎo)致絲裂原激活蛋白激酶(MAPK)的激活,尤其是MEK1/2的激活;在體外實(shí)驗(yàn)中,抑制MEK1/2可減少?gòu)埩φT導(dǎo)的巨噬細(xì)胞增殖,在小鼠冠狀動(dòng)脈結(jié)扎后1周時(shí),持續(xù)抑制MEK1/2 3周,降低了心臟巨噬細(xì)胞周期和數(shù)量[14]。然而,抑制MEK1/2對(duì)血液?jiǎn)魏思?xì)胞沒有影響。

三、CCL2/CCR2軸

趨化因子是一類趨化細(xì)胞因子家族,在機(jī)體穩(wěn)態(tài)和疾病狀況下對(duì)白細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)起關(guān)鍵作用。根據(jù)其結(jié)構(gòu),趨化因子可分為4個(gè)亞家族:CC、CXC、CX3C和XC。CCL2/單核細(xì)胞趨化蛋白(MCP-1)是心肌疾病中CC趨化因子家族中研究最多的成員,在心臟中,CCL2由多種細(xì)胞表達(dá)和分泌,包括巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞。

CCR2是MCP-1/CCL2的受體,CCL2 與CCR2相互作用后激活細(xì)胞內(nèi)信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng),這一過程是炎性CCR2+單核細(xì)胞向受損心肌遷移所必需的。CCR2激活的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)涉及JAK2、STAT3、MAPK和PI3K的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑[15]。心臟駐留的CCR2+巨噬細(xì)胞也可能通過MyD88信號(hào)依賴方式促進(jìn)CCL2的分泌,進(jìn)而促進(jìn)單核細(xì)胞募集[4,16]。除了CCL2與CCR2的相互作用之外,一些細(xì)胞黏附分子如細(xì)胞間黏附分子1 (ICAM-1)、血管細(xì)胞黏附分子1 (VCAM-1)、P-選擇素和E-選擇素等,對(duì)促進(jìn)單核細(xì)胞血管黏附并浸潤(rùn)到心肌中起重要作用[15]。實(shí)驗(yàn)證明,使用CCR2-DTR小鼠并注入DT后,CCR2+心臟駐留巨噬細(xì)胞被耗盡,導(dǎo)致心肌損傷后中性粒細(xì)胞和CCR2+Ly-6Chi單核細(xì)胞向心臟浸潤(rùn)減少,炎性細(xì)胞的減少致使炎癥標(biāo)志物IL-1β、IL-6和TNF-α以及趨化因子CCL2和CCL7在心臟中的表達(dá)減少;藥物阻斷和基因敲除CCR2導(dǎo)致了類似的結(jié)果,表明CCR2+心臟駐留巨噬細(xì)胞通過分泌CCL2趨化因子誘導(dǎo)炎性細(xì)胞浸潤(rùn)[4]。

四、CCR2+巨噬細(xì)胞參與病理性心肌重構(gòu)

CCR2+巨噬細(xì)胞富含調(diào)控NLRP3炎性小體和產(chǎn)生IL-1β的基因,可調(diào)節(jié)組織中IL-1β的釋放,并觸發(fā)炎性反應(yīng),表明這類巨噬細(xì)胞本質(zhì)上是促炎性的。在臨床上,CCR2+巨噬細(xì)胞豐度與接受植入左心室輔助裝置的心力衰竭患者的左心室收縮功能惡化和心室擴(kuò)張呈正相關(guān),與療效呈負(fù)相關(guān)[6,17]。從這些患者心臟中采集的CCR2+巨噬細(xì)胞,在暴露于壞死的心肌細(xì)胞后產(chǎn)生大量的炎性IL-1β。給缺乏CCR2+巨噬細(xì)胞(CCR2GFP/GFP)小鼠輸注血管緊張素Ⅱ后,心臟中幾乎無(wú)IL-1β的產(chǎn)生[2]。實(shí)際上,在CCR2缺乏的小鼠中,血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的炎癥體激活和IL-1β的產(chǎn)生受到阻斷,從而改善血管緊張素Ⅱ誘發(fā)的心室重構(gòu)[18]。很多研究報(bào)道了CCR2+單核細(xì)胞在橫斷性主動(dòng)脈縮窄(TAC)術(shù)后早期(1周內(nèi))被招募到小鼠心臟,隨后的幾周內(nèi)招募數(shù)量逐漸減少,最終表明,CCR2+單核細(xì)胞招募有助于失代償性心肌重構(gòu)。

CCL2在缺血性和非缺血性心肌纖維化的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭酗@著上調(diào),并在心力衰竭患者的心肌樣本中過表達(dá)[19,20]。在小鼠模型中,CCL2基因敲除或予以藥物抑制的研究顯示,CCL2及其受體CCR2在心肌纖維化中發(fā)揮了重要作用。在心肌梗死的小鼠模型中,CCL2基因敲除減少了肌纖維細(xì)胞的浸潤(rùn)[21]。在給予短暫、重復(fù)的缺血/再灌注而誘導(dǎo)的缺血性非梗死性心肌病模型小鼠中,CCL2基因缺失可減輕間質(zhì)纖維化并改善心臟功能障礙,用抗體中和CCL2可阻止小鼠缺血性心肌病的惡化進(jìn)展[20]。此外,在糖尿病心肌病模型中,抑制CCR2的表達(dá)可減輕心臟纖維化[22]。CCL2-/-小鼠減少了單核細(xì)胞向損傷心臟的浸潤(rùn)和間質(zhì)纖維化,并減輕了由心肌缺血引發(fā)的心功能不全[20]。

在缺血性心肌病患者的心臟中可觀察到持續(xù)的心肌細(xì)胞凋亡,相較于CCR2-巨噬細(xì)胞,CCR2+巨噬細(xì)胞吞噬凋亡細(xì)胞的效率降低了2.5倍,進(jìn)而不能清除原始凋亡的心肌細(xì)胞,導(dǎo)致繼發(fā)性壞死和DAMPs的釋放,進(jìn)一步引發(fā)促炎反應(yīng)并伴隨著組織損傷[2]。心臟中單核細(xì)胞來(lái)源的MHC-ⅡhiCCR2+巨噬細(xì)胞產(chǎn)生IL-10,在自分泌環(huán)路中發(fā)揮作用,促使以分泌TGF-β和骨橋蛋白為特征的促纖維化巨噬細(xì)胞極化,導(dǎo)致成纖維細(xì)胞活化和膠原沉積,隨后造成心肌硬度增加和舒張功能障礙[23]。

五、靶向CCR2+巨噬細(xì)胞的治療

研究人員多數(shù)使用CCR2基因敲除小鼠、給小鼠注射CCL2的中和抗體或CCR2拮抗劑等靶向CCR2+巨噬細(xì)胞的方式,探究其對(duì)不同心臟疾病中心肌重構(gòu)的影響。用流式細(xì)胞術(shù)對(duì)已缺血再灌注的心肌進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)注射了針對(duì)CCR2的特異性siRNA(SiCCR2)的小鼠心臟中單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞顯著減少,并使炎性Ly-6Chi單核細(xì)胞數(shù)減少了71%。在注射SiCCR2的小鼠中,梗死面積/危險(xiǎn)面積比值降低了34%[24]。另一項(xiàng)類似的研究結(jié)果顯示,SiCCR2處理的小鼠在冠狀動(dòng)脈結(jié)扎后第4天,梗死區(qū)炎性細(xì)胞數(shù)量減少,Ly-6Chi單核細(xì)胞減少41%,促炎性細(xì)胞因子、IL-6、IL-1β、NF-κB和TNF-α的表達(dá)減少,IL-10和精氨酸酶表達(dá)增加,3周后,與對(duì)照組小鼠比較,SiCCR2處理的小鼠左心室擴(kuò)張減少,心臟射血分?jǐn)?shù)相對(duì)增加[25]。

CCR2+單核細(xì)胞在壓力超負(fù)荷時(shí)也被招募到心臟,即無(wú)心肌細(xì)胞壞死的情況下,單核細(xì)胞也會(huì)被招募到重構(gòu)心臟之中[15]。Patel 等[26]報(bào)道了TAC后1周,促炎性單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞數(shù)量擴(kuò)增,即擴(kuò)增發(fā)生在左心室肥厚和心肌收縮功能障礙之前,一旦左心室肥厚已然形成,單核細(xì)胞的耗盡不會(huì)對(duì)心肌重構(gòu)產(chǎn)生影響。研究發(fā)現(xiàn),小鼠TAC術(shù)后注入CCR2拮抗劑RS-504393可阻止TAC后早期CCR2+巨噬細(xì)胞聚集,并抑制代償性心肌肥厚,而較長(zhǎng)時(shí)間(4周)輸注RS-504393可緩解左心室擴(kuò)張和收縮功能障礙[27]。然而,Nemska等[28]研究報(bào)道,TAC術(shù)后早期(第3、7和14天)小鼠心臟CCR2的mRNA水平有升高,但當(dāng)TAC后每天給予RS-504393并持續(xù)14天后,并未影響到左心室質(zhì)量的增加。在心肌炎患者的心臟中,CCL2、CCR2 mRNA水平和CCR2+細(xì)胞增加,體內(nèi)注射SiCCR2后使急性自身免疫性心肌炎小鼠心臟中Ly-6Chi單核細(xì)胞數(shù)量減少了69%;誘導(dǎo)小鼠自身免疫性心肌炎后14天,延遲注射SiCCR2減輕了心臟炎癥和纖維化,保護(hù)了心功能[29]。這些結(jié)果不僅表明CCR2+巨噬細(xì)胞與心力衰竭的病因有關(guān),而且證明了通過單分子靶向治療可減弱CCR2+巨噬細(xì)胞對(duì)不良心室重構(gòu)影響。

六、展 望

病理性心肌重構(gòu)損害心臟的收縮、舒張功能,導(dǎo)致臨床患者的預(yù)后不良,最終結(jié)局是邁向心力衰竭,如何減輕甚至逆轉(zhuǎn)病理性心肌重構(gòu)一直是人們開展研究的重要方向。對(duì)CCR2+巨噬細(xì)胞靶向治療雖然可以緩解病理性心肌重構(gòu),但對(duì)CCR2+巨噬細(xì)胞促進(jìn)心肌重塑的詳細(xì)機(jī)制還有待進(jìn)一步探索,原因是CCR2的表達(dá)不僅限于單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞,也在內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞和一些T淋巴細(xì)胞上表達(dá),靶向CCR2+治療也會(huì)影響其他表達(dá)CCR2的細(xì)胞,因此需尋找細(xì)胞特異性基因敲除方法來(lái)對(duì)CCR2+巨噬細(xì)胞展開詳細(xì)研究,以此找到更精確的靶向治療方法,為干預(yù)病理性心肌重構(gòu)尋求更好的靶點(diǎn)或藥物。