巨噬細胞在心肌梗死中的雙重角色

李晶，夏豪,2,3，楊洋，張成

? 綜述 ?

巨噬細胞在心肌梗死中的雙重角色

李晶1，夏豪1,2,3，楊洋1，張成1

巨噬細胞，最早由科學家Metchnikoff發現[1]，以其吞噬能力為特點，幾乎存在于成年哺乳動物所有組織器官中。巨噬細胞是一類功能可塑性極強的細胞，不僅有組織器官特異性，且在同一組織中也存在多種表型、結構各異的巨噬細胞亞群[2,3]。

急性動脈粥樣硬化斑塊破裂造成冠狀動脈堵塞，或造成永久性的缺氧/低營養損傷，或由于及時干預重新建立血流而導致再灌注損傷。心肌梗死發生后心臟功能及結構不同程度受損，發生心臟重塑，最終走向難逆的心力衰竭[4,5]。以往人們對巨噬細胞在心血管系統中的認識主要與其在動脈粥樣硬化斑塊中扮演的重要角色有關[6]。它的存在對維持心血管系統的正常生理有重要意義，但是當炎癥發生時，巨噬細胞的過度激活則促進了疾病的發展，如急性冠脈綜合征、心梗后心肌組織失代償修復、心肌炎等。目前認為巨噬細胞是起到保護作用或損害作用，取決于它的定位、數量和表型等綜合因素。沒有選擇性地抑制其免疫活性不但無法取得有效的臨床成果，甚至反而可能加重原有疾病[7]。

本綜述旨在總結有關巨噬細胞在心血管疾病中的病理作用的最新進展，尤其是心肌缺血/再灌注疾病和動脈粥樣硬化。

1 巨噬細胞分型與來源

多年來研究者們嘗試對巨噬細胞進行準確的分類，但尚未形成統一精確的標準。較經典的有根據巨噬細胞活化后的不同表型分為1型（M1）和2型（M2）巨噬細胞。M1型以高分泌促炎因子（IL-12、TNF-α）、高表達iNOS、CCL2、促進Th1型免疫應答、強大的殺菌、殺瘤活性為特征；M2型則以高分泌抗炎因子（IL-12）、低分泌促炎因子（IL-12、TNF-α）、低表達iNOS及CCL2、促進Th2型免疫應答、促進組織重塑、腫瘤發展、吞噬寄生蟲為特征[8,9]。隨著最新的技術進步，現證明當機體處于穩態時，成年心臟存在兩種互相獨立不相關的巨噬細胞池，第一種（CCR2-、CD11clo）包括大多數MHC-Ⅱhi、MHC-Ⅱlo和Ly6c+，第二種只占少數，來源于血液中的CCR2+Ly6chi單核細胞[10]。CCR2-和CCR2+亞群都能表達MHC-Ⅱ，調控I細胞的抗原應答反應，而MHC-Ⅱlo激活T細胞的能力則非常有限。CCR2-CD11clo細胞較后者體積大得多包含大的細胞質隔間，在MHC-Ⅱlo中尤為顯著。而MHC-Ⅱlo亞群在吞噬死亡細胞碎片方面尤為高效。CD11clo在穩態時即不依賴循環中的單核細胞，它們能發生原位增殖。CCR2+亞群巨噬細胞富含調控Nlrp3炎癥小體的基因——主要介導釋放IL-1β，其數量缺乏導致IL-1β產生減少，因此阻斷CCR2軸抑制缺血損傷。

近年來關于巨噬細胞有以下幾點新的認識，總結如下：①部分組織器官（心臟、肝臟、腦）處于穩態或發生某些特定種類的炎癥反應時，其大多數巨噬細胞并不是由單核細胞分化而來。②成熟組織中的巨噬細胞源于出生前即存在的原位胚胎祖細胞。③機體處于穩態時成熟組織中的巨噬細胞可通過自我更新來保持其數量和活性，當這種平衡被打破時，外周單核細胞可分化成巨噬細胞以補充甚至替代某些組織中的固有巨噬細胞。④外周循環中的巨噬細胞來源于骨髓中的干/組細胞以及脾的髓外造血[3,7-11]。

利用胚胎發育早期階段的細胞標記物追蹤各種免疫細胞，發現在卵黃囊中形成的髓樣細胞分布于成年小鼠各器官組織，構成其固有巨噬細胞[10,12]。Clinton使用BrdU標記法顯示，雖然早期動脈粥樣斑塊中的巨噬細胞大多來源于循環中的單核細胞（骨髓和脾中的造血干細胞增殖分化），到后期則主要是由斑塊里的單核細胞源的巨噬細胞原位增殖而來[13]。同樣，通過體內細胞追蹤、異種共生等實驗途徑證明心臟中多數巨噬細胞在出生前即存在，心肌組織受到缺血損傷致使穩態被打亂，外周單核細胞募集并逐漸替代這些固有巨噬細胞。

成年心臟中的胚胎源巨噬細胞有組織修復功能，這就解釋了為什么在心肌損傷早期無選擇性地清除巨噬細胞反而會導致不良的心臟重塑、惡化心功能；反之，心肌損傷晚期抑制外周單核細胞源的巨噬細胞募集起到幫助組織修復和改善心功能的作用[14,15]。

2 巨噬細胞與炎癥反應

心梗初期的局部炎癥反應對梗死后心肌的自愈至關重要，其中最重要的早期炎癥細胞是中性粒細胞。巨噬細胞M2型極化（梗死后4～7 d）對清除凋亡壞死細胞十分關鍵[16,17]。研究發現中性粒細胞通過分泌含中性粒細胞明膠酶相關載脂蛋白（NGAL）的顆粒促進巨噬細胞向M2c極化，而M2c極化對促進凋亡細胞的吞噬、清除是必要的。同時巨噬細胞吞噬死亡的中性粒細胞能抑制促炎細胞因子，誘導抗炎因子IL-10、TGF-β發揮抗炎效應。若缺少巨噬細胞或者缺乏吞噬受體MerTK（介導凋亡細胞清除），梗死心肌中的中性粒細胞持續存在導致炎癥反應進行性發生[18]。

采用最新的體內RNAi技術，將包含siRNA（特異性沉默心臟內皮細胞與募集炎癥細胞有關的5種粘附因子ICAM-1，VCAM-1，E選擇素、P選擇素）的心臟血管內皮細胞導向的納米微粒注入冠狀動脈結扎的小鼠體內，抑制淋巴細胞招募，經過3周RNAi處理，發現心肌中性粒細胞、單核細胞、巨噬細胞的數量都明顯減少，而外周淋巴細胞數量則無明顯差異。此外，雖無明顯縮小梗死面積，但是小鼠梗死后的心臟重塑減輕、心肌纖維化減輕、且心功能改善，并且沒有觀察到心臟外副作用[8,19]。相似地，Sager等[20]最近研究證明，采用上述siRNA技術，抑制心梗后單核細胞及中性粒細胞向粥樣斑塊聚集，降低斑塊中降解基質的蛋白酶活性從而穩定斑塊。

3 巨噬細胞表型變化

心梗發生后30 min內，Ly6Chigh單核細胞便迅速被招募至梗死邊緣區，分化成促炎型巨噬細胞，負責清除死亡細胞、碎片、凋亡的中性粒細胞，隨著再灌注或微血管再通，巨噬細胞逐漸轉移至梗死中心[21]。約4～7 d后，巨噬細胞逐漸轉換成M2型，大量分泌多種生長因子如VEGF、TGF-β、IGF-1促進血管再生和纖維生成。非梗死區單核/巨噬細胞的聚積使基質金屬蛋白酶、組織蛋白酶活性升高，促進細胞外基質溶解、導致心室擴張。在高膽固醇誘導的ApoE-/-動脈粥樣硬化小鼠模型中，由于Ly6Chi向Ly6Clo轉換受到抑制、Ly6Chi壽命延長導致局部和循環中Ly6Chi單核細胞數量水平持續升高，粘附于活化的內皮并分化為巨噬細胞，導致持續的炎癥反應[22]。同樣，Panizzi通過構建ApoE-/-心梗模型，結果顯示5 d后梗死心肌Ly6Chi/Ly6Clo比值為2.2，較野生型小鼠的1.2明顯升高，此外，PCR顯示ApoE-/-組炎癥相關因子如TNF-α、MPO升高，定量染色顯示cathepsin B、MMP9、MMP2增多。利用LPS毒性誘導野生型小鼠心肌損傷實驗發現，5 d后Ly6Chi較對照組成倍升高，FMT-CT顯示損傷心肌蛋白酶及吞噬活性升高，MRI顯示惡化的心室擴張，這提示Ly6Chi單核細胞數量不僅影響梗死的炎癥程度及時間，還與梗死后不良的心臟重塑和心功能惡化直接相關[23]。

通過原基分布圖分析發現在成年鼠心臟中，大多數巨噬細胞起源于卵黃囊造血期的胚胎祖細胞（CCR2-）[10]。心肌損傷后5 d內，巨噬細胞在新生小鼠數量迅速增加，成年鼠心臟中則相對緩慢。新生小鼠心臟選擇性擴增MHCIIloCCR2-巨噬細胞（幾乎完全源于胚胎時期固有巨噬細胞），而CCR2+單核細胞數量并不增加。不同的是，成年鼠心臟選擇性招募MHC-IIhiCCR2+單核細胞源巨噬細胞。損傷后6周，新生鼠心功能幾乎完全恢復，左室縮短分數（LVFS）恢復至基礎水平，左室舒張末期內徑（LVDEd）和左心室質量指標都與對照組無明顯差異，心室結構正常伴輕微的心肌肥厚和心肌纖維化；而成年鼠則仍然表現為LVEDd、左室收縮末期內經（LVESd）持續升高，左室質量增加，心室肥厚和間質纖維化明顯。有趣的是如果給予CCR2抑制劑則可部分逆轉上述不良反應。這說明新生小鼠心臟修復功能強于成年鼠，可能部分依賴于巨噬細胞。這提示阻斷損傷心肌過度的炎癥反應，降低附帶的心肌損傷效應，重要的是盡可能保留胚胎來源的巨噬細胞亞群，也許能最大限度保留心肌修復能力[24]。

4 巨噬細胞與心肌修復再生

有研究發現成年鼠心梗后間充質干細胞（MSCs）起到的組織修復作用也依賴于巨噬細胞。MSCs能調節組織固有巨噬細胞表型由M1型轉換至M2型，增加M2/M1比例。巨噬細胞反過來為MSCs構造了一個抗炎的微環境以維持其生存和生長，提示修復型巨噬細胞和內源性心臟干細胞（CPCs）之間存在正反饋環共同促進組織新生。巨噬細胞耗竭抵消了MSC注入的有利效應[25,26]。

通過檢測M1/M2表型轉換和細胞因子IL-1β、IL-6、TNF-α、IFN-γ（M1型）及IL-10、TNF-β1、TGF-β3、VEGF（M2型）與MSCs生存率的關系，發現M2型細胞及其相關細胞因子促進人MSCs的生長，反之，M1型細胞及其相關因子抑制人MSCs生長。說明這對損傷組織的干細胞和祖細胞長期生存有關鍵作用。

目前發現多種分子路徑參與MSC介導的巨噬細胞調節作用，包括IFN-γ、IL-1β、IL-4、IL-6、IL-10、IL-13、前列腺素E2（PGE2）、TNF-α、NO等。尤其是最新發現向小鼠體內注射PGE2能促進幼齡小鼠內源性CPCs分化至成熟的心肌細胞，而成年小鼠的心梗邊緣區的心肌細胞重建能力則增強，這可能與PGE2調節巨噬細胞亞群有關，PGE2能抑制心肌細胞的TGF-β/TAK1信號通路，增加M2/M1比例從而調節局部炎癥微環境，提高小鼠心梗后存活率[25-28]。

此外，胰腺再生蛋白3β（Reg3β）能促進巨噬細胞向心肌損傷部位遷移，在活化的單核/巨噬細胞和中性粒細胞釋放的的OSM刺激下，受損心肌細胞釋放大量Reg3β，促進清除中性粒細胞殘骸，抑制基質降解、防止膠原沉積、心臟破裂[29]。借此，受損心肌細胞、促炎型巨噬細胞、修復型巨噬細胞之間形成了一個前饋環促進組織愈合。C19orf10，一種巨噬細胞源生長因子在心梗后也起到保護心肌促進血管新生的作用[30]。

5 非梗死區的巨噬細胞

Gd-DTPA增強掃描發現心梗后1～7 d小鼠心臟梗死區域擴大，室壁變薄，FDG-PET顯像結合心肌Mac-2免疫組化染色提示7 d后梗死區巨噬細胞明顯增多[31]。大量單核/巨噬細胞也募集至非梗死區域，雖然不如梗死區域快，約10 d達到峰值。非梗死區域的巨噬細胞募集對心臟重塑有關鍵作用，依賴于其持續的低水平炎癥反應，包括蛋白酶活性升高。正常邊緣區毛細血管密度增加誘導募集趨化因子并進一步招募單核細胞加重炎癥[32]。對非梗死區局部心肌收縮舒張功能變化的研究顯示與該區域的巨噬細胞數量變化一致，暗示著非梗死區的巨噬細胞在心梗后病理過程具有重要作用。小鼠LAD結扎誘導的心梗模型中，盡管心梗早期（1～7 d）的心室結構和功能改變主要是由梗死區心肌導致的，急性期（24 h內）后無梗死發生的后壁和室間隔收縮功能幾乎恢復至基礎水平，而在心梗發生后28 d，非梗死區心肌舒張末期室壁厚度則明顯增加，后壁和室間隔局部心肌的收縮功能較基礎水平至少下降了50%[31,33]。此外在心?；颊呱砩弦灿^察到類似局部心肌功能與結構隨時間變化的趨勢。心肌梗死時，缺血區域觀察到明顯的炎癥反應，而梗死邊緣區非缺血正常區域則發生相當活躍的炎癥相關心肌重塑。雖然目前關于這方面的研究證據尚不足，但我們可以推測巨噬細胞在這個過程中的作用也許與其和心肌細胞等其它心臟內的實質細胞的直接相互作用有關，例如巨噬細胞直接損傷心肌細胞、促進心肌凋亡[34]。

巨噬細胞是除了心肌細胞、成纖維細胞和內皮細胞以外心臟中數量最多的實質細胞。盡管當前關于巨噬細胞在心血管疾病中損傷修復、心肌再生和心肌重塑等方面的作用研究得還不夠透徹。但可以確定的是，巨噬細胞通過多種復雜的反饋環和前饋環的調節轉換表型以維持其微環境的穩定，它的異質性反映了健康和損傷心肌在組織損傷和修復的不同階段其微環境在空間、時間上的差異。必須要認清的是，炎癥反應及巨噬細胞在心肌梗死損傷和修復的病理過程中發揮著雙重作用。如何使單核/巨噬細胞的募集、增殖、極化這些復雜的病理生理過程達到平衡，使巨噬細胞表型在適當的時間點完成從促炎癥到促修復的表型轉換，不僅有利于快速清除凋亡、壞死組織，還能加速組織修復。進一步探索巨噬細胞與其它實質細胞之間的相互作用，如心肌細胞、成纖維細胞、內皮細胞在將來的研究中也十分重要。

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本文編輯：戴楠，田國祥

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