調節性T細胞在急性心肌梗死中的調控機制及研究進展

李佳玉 辛延國 李衛萍 陳暉 李虹偉

100050 首都醫科大學附屬北京友誼醫院心血管內科

目前,急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)仍然是心血管疾病死亡的主要原因[1],給全球公共衛生帶來了巨大的負擔。斑塊破裂是引起AMI最常見的病因,但斑塊侵蝕、冠狀動脈微血管功能障礙、自發冠狀動脈夾層和冠狀動脈痙攣等也作為部分發病原因導致AMI,尤其是在早發心肌梗死中[2]。ST段抬高型心肌梗死(ST elevation myocardial infarction,STEMI)定義為由心外膜血管閉塞引起的心電圖ST段抬高的心肌梗死,由于冠狀動脈重度或完全阻塞,心肌供血短期內嚴重受創,導致心臟驟停、惡性心律失常、急性心力衰竭等風險增加,因此,STEMI是AMI中較為危重的一種[3]。近年來再灌注治療越來越普及,如藥物溶栓、經皮冠狀動脈介入治療和冠狀動脈旁路移植術,使心肌梗死的死亡率有所降低[1]。然而,血流的恢復可能會導致進一步的心肌損傷,甚至在近期或遠期對心臟功能產生影響,這種現象被Jennings等[4]稱為心肌缺血再灌注損傷(myocardial ischemia/reperfusion injury,MIRI),探究發生MIRI的病理機制、尋找預防及治療MIRI的有效方法越來越受到重視,迫切需要能夠限制心肌梗死面積、防止不良心室重構和減少AMI后結構性心臟病導致最終心力衰竭的新療法。

免疫反應在AMI中發揮著重要作用,涉及多個免疫相關基因調控和多種免疫細胞的協同作用[5]。心肌損傷修復的過程依賴于炎癥免疫系統的激活,而炎癥反應是一把雙刃劍,過度的炎癥反應導致心肌梗死面積增加并加劇逆向心臟重構,而炎癥反應不足會影響免疫細胞對壞死碎片的吞噬作用,進而影響心肌組織的修復[6]。調節性T(regulatory T,Treg)細胞作為具有炎癥抑制作用的重要淋巴細胞,在心肌梗死和心肌梗死后的心臟重構中發揮著至關重要的作用[7]。

1 Treg細胞的特性和功能

Treg是一種特殊的T細胞亞群,可以調節各種免疫細胞的功能。Treg可分為胚胎期間在胸腺中發育的天然Treg(natural Treg,nTreg)和外周效應T細胞產生的誘導型Treg(inducible Treg,iTreg)。Treg可調節不同的免疫反應,其中天然的CD4+CD25+Foxp3+Treg是最重要的Treg細胞亞群。

Treg主要作用是參與調節機體免疫耐受,終止激活的免疫反應,控制炎癥和維持免疫穩態,主要通過以下幾種機制實現:(1)分泌抗炎因子,如白細胞介素(interleukin,IL)-10、IL-35和轉化生長因子β(transforming growth factor-beta,TGF-β);(2)環磷酸腺苷(cAMP)、CD39和CD73破壞代謝;(3)抑制抗原呈遞細胞成熟;(4)IL-2的消耗,顆粒酶和穿孔素致細胞溶解,誘導效應T細胞死亡;(5)Treg表達共抑制受體,包括細胞毒性T淋巴細胞相關蛋白4(cytotoxic T lymphocyte-associated protein 4,CTLA-4)和程序性細胞死亡蛋白1配體(programmed death protein ligand-1,PD-L1),進一步支持Treg免疫調節特性[8]。由于它能減少炎癥和調節免疫系統,目前正在探索使用Treg細胞作為治療自身免疫性疾病的新型療法[9]。

2 Treg細胞在AMI中的分布和調節

2.1 外周血Treg細胞分布特點

與穩定型心絞痛患者相比,急性冠狀動脈綜合征(acute coronary syndrome,ACS)患者的外周血中Treg水平較低[10],這可能是由于整體Treg缺陷或由血液向炎癥部位的趨化所致。然而,另有研究表明STEMI患者的外周血Treg增加,而除STEMI以外的其他ACS患者的外周血Treg水平減少,推測這樣的差異可能取決于部分人群CD28發生無效突變,而CD28無效突變T細胞水平的增加可能影響Treg細胞的穩態和存活[11]。

最近一項研究對GEO數據庫中的6個數據集進行了機器學習和分析發現,AMI組血液樣本中巨噬細胞、中性粒細胞和Treg細胞的比例顯著高于正常組[12],然而考慮到其樣本是在AMI后7 d內獲得的,并非所有樣本都是在24～72 h內獲得的,因此推測全身炎癥反應的峰值可能已克服了代償機制。我們分析,這些結果的差異與血液樣本采集時間、實驗方法和基于流式細胞術的Treg細胞鑒定的質量有關。

2.2 心肌組織Treg細胞募集特點

Treg在多種疾病的器官炎癥反應部位浸潤。MI在病理學上被定義為心肌細胞因長時間缺血而死亡,這可能是由動脈粥樣硬化斑塊破裂、供氧中斷或心肌需氧量增加引起的[13]。MI可根據臨床特征和病理表現在時間上分為急性期(6 h至6 d)、愈合期(7～28 d)和愈合后期(>29 d)三個階段。從免疫學角度來看,MI可被視為缺血背景下的無菌性組織損傷,導致損傷相關分子模式的啟動和自身抗原的迅速釋放。

在MI急性期,CD4+T細胞被募集到梗死區和引流心臟的縱隔淋巴結。與自身免疫性心肌炎不同,在MI急性期出現的CD4+T細胞反應大多是有益的,似乎有助于組織修復。大鼠MI模型證實了心臟組織中Treg數量的增加,并且通過CD28超激動性抗體擴增體內Treg,可使心臟功能得到改善[14]。

3 Treg細胞對AMI心肌細胞的調控機制

3.1 炎癥反應

在AMI過程中,來源于脾臟的單核細胞/巨噬細胞的激活及其表型對于心肌愈合至關重要,促炎和抗炎之間的微妙平衡決定了其病理上的恢復與否。AMI后,中性粒細胞群會在數小時內募集到心肌損傷部位,然后單核細胞/巨噬細胞根據損傷程度跟隨中性粒細胞的募集。AMI后第3～7天中性粒細胞和巨噬細胞富集易引起過度的炎癥反應并導致不良并發癥。AMI后Treg浸潤心肌組織,主要分泌抑制性炎癥因子,如IL-10和TGF-β,抑制巨噬細胞和淋巴細胞的炎癥反應,從而有效減少促炎細胞因子如IL-1β、IL-6和腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)的分泌,減少了AMI的心肌損傷。

AMI的血運重建涉及另一重要病理生理過程,即再灌注損傷,其誘導的炎癥反應涉及中性粒細胞浸潤和巨噬細胞M1極化。Treg通過抑制免疫激活和建立免疫耐受機制來調節成熟T細胞反應,從而抑制炎癥反應[15]。在心肌缺血再灌注模型中發現,Treg耗竭與炎癥反應升高、基序趨化因子配體2(CCL2)產生和成纖維細胞功能降低有關。在MIRI模型中選擇性消耗Treg會導致損傷加重,而通過注射體外預激活的Treg可以彌補上述損傷,緩解心室重構[16],研究中證實其心肌保護作用需要完整的CD39(三磷酸外核苷二磷酸水解酶1)信號傳導,這提示嘌呤代謝可能是心血管疾病中重要的調控Treg功能的機制。在血管緊張素Ⅱ/去氧腎上腺素誘導的心肌損傷模型中,由CCR2陽性單核細胞衍生的巨噬細胞產生的基序趨化因子配體17可抑制Treg向心臟組織的遷移[17]。在MIRI中,Treg已被證實可通過抑制基質金屬蛋白酶2(MMP-2)的激活來抑制心肌細胞凋亡和細胞外基質重構,進而改善MIRI后的心臟功能[18]。MIRI臨床前研究的結果表明了IL-10和TGF-β1在Treg和骨髓間充質干細胞改善心肌損傷中的重要性,而最新一項研究表明,接受體外回輸骨髓間充質干細胞的MIRI小鼠表現出了炎癥的減輕和細胞凋亡的下調[19]?？傊?以上證據表明,Treg細胞通過多種機制抑制心肌局部炎癥反應。

3.2 心室重構與纖維化

MI后心臟修復的特點是由先天免疫系統協調的一系列時間依賴性事件。在MI的急性炎癥之后,進入修復和增殖階段,肌成纖維細胞增殖,膠原沉積導致瘢痕形成是該階段的重要特征。修復的炎癥、增殖和成熟階段的適當平衡和及時、適當的損傷愈合反應至關重要。研究表明,炎癥持續時間過長會加劇組織損傷,損害瘢痕形成,并加劇心肌細胞進一步丟失,從而導致梗死面積擴大及不良心室重構[20-21]。

Treg在纖維化中的作用仍然存在爭議,這可能與特定類型的疾病模型有關。在缺血性心肌病小鼠模型中,Treg耗竭可緩解心臟肥大和纖維化[20]。為了探索Treg在MI后心肌修復過程中的具體作用及機制,Weirather等[22]在MI模型中使用了增益(CD28-超激動性抗體JJ316)和耗竭(FOXP3 DTR)的方法,證實了Treg是心肌修復過程中不可或缺的因素,該T淋巴細胞群調節單核細胞/巨噬細胞極化、肌成纖維細胞活化和梗死瘢痕內的膠原蛋白表達,以促進MI后的傷口愈合[22]。從機制上講,典型的Treg衍生細胞因子,如TGF-β和IL-10可能是Treg激活過程中巨噬細胞極化和纖維化增強的原因[23]。這表明Treg細胞的治療性活化可能是增強心臟功能修復和限制不良心室重構的有效方法。

3.3 增殖與再生

已有研究證實,Treg促進骨骼肌、皮膚、中樞神經系統以及外周血管系統損傷后的修復。Treg能夠募集到受損組織以響應新抗原,以抑制炎癥和調節先天免疫反應。此外,Treg還能通過一種心血管活性多肽——apelin直接促進內皮細胞增殖和血管再生[24]。

哺乳動物的心肌壞死后無法再生,通常被疤痕組織所取代。已有研究表明,小鼠心臟可在出生后7 d內在一系列損傷模型中短暫再生,包括通過心尖切除、MI和心肌細胞特異性細胞死亡。而在人類中也觀察到新生兒心臟功能恢復[25],然而其機制目前并不明確,了解免疫細胞如何參與新生兒心臟功能恢復將有助于開發促進心臟修復和再生的潛在療法。研究表明,妊娠開始時,母體免疫反應深度調節,這需要Treg細胞激活多種分子(TGF-β、IL-10、IL-8和IL-2受體),將削弱母親的免疫反應并允許半同種異體胎兒的發育[26]。Zacchigna等[27]在妊娠母體的心臟中檢測到增殖的心肌細胞,妊娠期間Treg耗竭會降低母體和胎兒心肌細胞的增殖。AMI后,Treg耗竭導致心臟功能下降、炎癥細胞大量浸潤和瘢痕中膠原沉積減少。而注射Treg可減少梗死面積,保持收縮性并增加增殖心肌細胞的數量。因此,Treg以旁分泌方式促進胎兒和母體心肌細胞增殖并改善心肌梗死[28]。

4 Treg細胞靶向治療在AMI中的優勢和劣勢

探究MI環境中的局部免疫反應可能會明確不良預后進展的免疫學標志物,并進一步促進患者康復。如CANTOS(Canakinumab抗炎血栓形成結果研究)試驗表明,在既往MI患者中皮下注射靶向促炎細胞因子可降低心血管事件的復發率[29]。而最近在小鼠和豬中進行的一項實驗研究表明,通過快速阻斷CXCR4可促進Treg從脾臟動員進而募集到心臟,并增強這些Treg的免疫調節特性,從而減少梗死面積并改善心臟功能[30]。這也為CXCR4阻斷療法應用于MI患者提供了研究思路和前期基礎。臨床應用可能需要大劑量的Treg細胞,而研究表明,人體總Treg細胞數量約為1.3×1010,而循環Treg細胞數量約為0.2×109,因此人類可獲得的Treg存在局限性[31]。

Treg的激活治療是改善MI后不良預后的主要目標。有研究曾使用T細胞激動劑,即抗CD-28單克隆抗體(TGN1412)在6名健康志愿者中進行首次安全性試驗[32]。接受靜脈注射此藥物90 min后,引起了快速的全身炎癥反應,伴有嚴重的頭痛、肌痛、惡心、腹瀉、紅斑、血管舒張、低血壓,最終所有受試者均在重癥監護室接受了器官支持治療、大劑量激素沖擊和抗IL-2受體拮抗劑抗體治療,其中兩名受試者出現長期心原性休克和急性呼吸窘迫綜合征,需要8～16 d的強化器官支持,雖然最終所有受試者都存活了下來,但使用治療性激活Treg免疫抑制療法是具有挑戰性的。

Treg靶向治療有可能促進MI后的心臟修復,并延緩動脈粥樣硬化的進展。LILACS試驗(穩定性缺血性心臟病和ACS患者中的低劑量IL-2)探索了Treg在ACS患者中擴增的潛力,以尋求針對人類Treg的治療。在LILACS試驗中,使用低劑量IL-2(Aldesleukin)足以選擇性地擴增Treg,但不能選擇性擴增常規T細胞[33]。此外,1b/2a期報告確定了Treg擴增的最佳IL-2劑量,且截止目前沒有報告重大不良事件,這為進一步研究和評估Treg靶向治療效果打開了大門[33]。

此外,徹底改變癌癥治療的CAR-T細胞技術可用于治療具有已知抗原的心血管疾病。Epstein實驗室進行的工作表明,攜帶mRNA以重編程淋巴細胞的CD5靶向脂質納米顆?？梢运矔r產生針對成纖維細胞活化蛋白α(FAP)的CAR-T細胞,從而減少小鼠高血壓模型中的纖維化[34]。這項研究為CAR-T細胞和CAR-Treg細胞治療MI及改善不良預后開辟了研究思路。

5 展望

Treg細胞在AMI病程進展的不同階段具有多方面心臟保護作用,涉及主要機制為抑制炎癥反應、促進新生血管形成、促進瘢痕組織愈合及心肌纖維化,進而改善心室重構,減少不良預后。Treg細胞在心臟組織增殖及再生方面也有著重要的意義和作用,為未來開發促進心臟修復的治療手段提供研究基礎和背景。近年來,越來越多的研究從基礎到臨床應用,致力于發現和開發Treg細胞用于AMI后心肌損傷的治療,我們期待新的研究不斷開展,以持續探索AMI治療的臨床靶點。

利益沖突:無