巨噬細胞在心肌梗死中作用的研究進展

董 正， 吳潤達， 孫愛軍， 葛均波*

1. 復旦大學附屬中山醫院心內科，上海 200032 2. 上海市心血管病研究所，上海 200032

《中國心血管病報告2018》顯示，目前中國心血管病死亡率占居民疾病死亡構成的40%以上[1]，對冠心病和心肌梗死后的治療仍是目前面臨的挑戰。過去幾年科學家深入研究了心臟原位巨噬細胞和炎癥反應時募集的巨噬細胞，以及這2類細胞與心臟其他細胞(包括心肌細胞、成纖維細胞和內皮細胞)之間的復雜關系[2]。并對巨噬細胞在臨床上的應用進行了探索。

1 巨噬細胞的分型和來源

1882年，Metchnikoff首次發現巨噬細胞可以吞噬微粒或其他細胞，并將這種免疫保護功能稱作“吞噬作用”(phagocytosis)[3]。近年來研究表明，巨噬細胞與器官的發育、穩態、免疫耐受和免疫應答都有密不可分的關系。在機體穩態時，巨噬細胞起到維持穩態的功能，比如清除組織碎片和介導免疫耐受。同時巨噬細胞還兼具所在器官的特異性功能，比如在心臟中可以促進電活動的傳導[4]。而在心肌梗死后，巨噬細胞則會根據組織微環境的變化，適應性地產生不同的表型并參與其中。

1.1 巨噬細胞分型 20世紀80年代科學家提出了經典活化型巨噬細胞(M1)和替代活化型巨噬細胞(M2)2種巨噬細胞類型[5]，用以簡單區分和描述巨噬細胞的表型和功能。如今，可以通過多種方式來為巨噬細胞分型，比如通過其功能(吞噬功能、免疫功能)、特定的標志[F4/80、CD64、Mer 酪氨酸激酶(MerTK)]、形態學及其在不同組織中的定位分型。在心臟處于穩態時，通過主要組織相容性復合體(major histocompatibility complex，MHC)、Ly-6C、趨化因子(C-C 基元)受體2[chemokine (C-C motif) receptor 2，CCR2]和CD11c的表達將心臟原位巨噬細胞分成4個亞群：Ly-6C-MHCⅡhiCX3CR1hiCD206intMerTK+CD11clowCCR2-CD64+巨噬細胞；Ly-6C-MHCⅡlowCX3CR1intCD206hiMerTK+CD11clowCCR2-CD64+巨噬細胞；Ly-6C+MHCⅡhi/lowCX3CR1hiCD206hi/intMerTK+CD11clowCCR2-CD64+巨噬細胞；Ly-6C-MHCⅡhiCX3CR1hiCD206intMerTK+CD11chiCCR2+CD103-CD64+巨噬細胞[6]。這些亞群在起源上有所不同。隨著年齡的增加，MHCⅡhi巨噬細胞數量逐漸增多，而CX3CR1+巨噬細胞數量逐漸減少。在個體剛出生時，心臟中絕大多數巨噬細胞為MHCⅡlowCX3CR1hi巨噬細胞，其在原位自我更新維持數量。但隨著年齡的增長，這種更新機制逐漸消失，而其他細胞亞群數量逐漸增加。近2年，隨著單細胞RNA測序技術(scRNA-Seq)的不斷發展，心臟巨噬細胞的表面標志和亞群區分也愈發趨于精準化[7-9]。研究[9]通過無偏倚scRNA-Seq技術發現，梗死區域CD45+白細胞中至少有7個巨噬細胞亞群，這些亞群可以通過非監督聚類的分類基因表達來識別。通過對新的亞群功能進行發掘，也會為將來臨床針對巨噬細胞的治療提供新的靶點。

1.2 巨噬細胞的來源 20世紀60年代科學家們普遍認為，循環單核細胞由骨髓來源的造血干細胞(HSC)產生，可進入組織分化為組織巨噬細胞[10]。然而，近年的觀點認為，許多組織原位巨噬細胞(如心臟中CCR2-和Ly-6C+巨噬細胞)自胚胎期便存在于組織之中，并一直通過自我復制維持更新，并不是靠血液中外來的單核細胞進行補充[11-17]。

最近的研究還探討了局部微環境與細胞來源對組織原位巨噬細胞表型的影響，發現在大腦中，骨髓來源的巨噬細胞替代原位小膠質細胞后會表現出全新的巨噬細胞表型[18]。朗格漢斯細胞(皮膚巨噬細胞)對電離輻射造成的DNA損傷具有抵抗能力，這是骨髓來源的巨噬細胞所不具有的特性，反映了胚胎來源的組織巨噬細胞在各自的組織中具有自我更新的能力[19]。由于大多數器官有胚胎來源具有特殊功能的巨噬細胞群，與局部微環境的相互作用決定了巨噬細胞特性，并保留了不同器官特異性分子信號[20]，證明了局部微環境在巨噬細胞識別和功能調節中的重要性。

2 巨噬細胞在心肌梗死中的作用

由于成年哺乳動物心肌細胞無法再生，因而心肌梗死后，機體會啟動一系列原發性與適應性免疫炎癥反應及后續損傷修復過程，最終使壞死心肌被瘢痕組織取代。心肌梗死后的心臟重構與修復過程可分為3個階段：急性炎癥期、纖維修復期和穩定增殖期，其中單核/巨噬細胞扮演了非常重要的角色。

2.1 急性炎癥期 在心肌梗死后1～3 d，即急性炎癥期，此時心臟原位巨噬細胞與心肌細胞大量死亡[21]。細胞死亡會使血液中中性粒細胞和促炎性單核細胞(小鼠為Ly-6Chi單核細胞，人類為CD16low單核細胞[22])向心臟聚集。Ly-6Chi單核細胞的募集增加了M1型巨噬細胞的數量，后者具有強大的吞噬功能，在吞噬細胞碎片的同時也分泌基質金屬蛋白酶(MMP)、活性氧類(ROS)和促炎細胞因子[如白介素-1β(IL-1β)、IL-6、IL-12和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)]等[23]。炎癥期的巨噬細胞對于組織細胞碎片的清理和梗死區域的愈合都至關重要，梗死區炎癥反應紊亂會導致壞死碎片聚積、心臟功能降低，最終導致心力衰竭[24]。例如，在心肌梗死后，心臟巨噬細胞表面的吞噬受體MerTK表達上調，而敲除MerTK可導致凋亡心肌細胞的聚積，心臟中性粒細胞持續性增加和抗炎細胞因子IL-10水平降低，并最終導致心功能惡化[25]。

然而，也有研究發現，炎癥期部分巨噬細胞會損傷心臟功能，導致不良預后。通過對小鼠心肌梗死后急性期梗死區域白細胞行scRNA-Seq檢測，發現一群巨噬細胞可通過干擾素調節因子3 (IRF3)介導與病毒感染相關的炎癥基因的轉錄。這群巨噬細胞被稱作干擾素誘導細胞(IFNIC)。當全面敲除編碼IRF3或1型干擾素受體的基因后，小鼠心肌梗死后存活率和心肌修復都得到了改善[9]。這表明，通過調節心肌梗死后炎癥期特定巨噬細胞的功能和數量，可以促進心肌梗死后修復和心功能改善。

2.2 纖維增生期和穩定期 心肌梗死后3～7 d，由于中性粒細胞的逐漸消失和Ly-6Clow巨噬細胞的出現，炎癥階段逐步轉變為修復階段，即纖維修復期和穩定增生期。此時M2型巨噬細胞數量增加，并分泌轉化生長因子-β(TGF-β)，血管內皮生長因子(VEGF)和IL-10[26]。這個過程依賴核受體亞家族4 A組成員1(nuclear receptor subfamily 4 group A member 1，NR4A1)的介導。NR4A1可通過抑制IL-6、TNF和MMP9的表達，從而使巨噬細胞向修復表型轉變。而敲除NR4A1基因會使M2型巨噬細胞數量減少，并導致愈合不良、纖維化增加，最終發展為心力衰竭[27]。

M2型巨噬細胞可促進損傷修復和瘢痕形成：其分泌的TGF-β和IL-10通過心肌成纖維細胞介導膠原蛋白的產生；分泌的VEGF可介導血管新生；并通過調節MMP和TIMP影響細胞外基質的形成。在M2型巨噬細胞的介導下，心肌成纖維細胞增殖并遷移到梗死區域，產生膠原蛋白Ⅲ和膠原蛋白Ⅰ[26,28]。此外，使用鹽皮質激素抑制劑可以通過誘導修復性巨噬細胞的產生起到心臟保護作用[29]。

研究[30-31]表明，在同時缺乏單核細胞和巨噬細胞的情況下，心肌缺血損傷后膠原和血管生成減少，心肌破裂增加并阻礙心臟損傷后心肌修復。然而，ApoE-/-小鼠研究表明，巨噬細胞數量的大量增加會導致過度炎癥和心功能受損[32]。這表明，心肌梗死后繼發的炎癥和修復性級聯反應必須受到精確調控，才能達到最佳的轉歸。如果在心肌梗死后早期炎癥細胞過量聚集，就會導致梗死區室壁變薄以及心肌梗死灶愈合不良。而如果沒有強力的炎癥反應過程，死亡的組織碎片在缺血區域殘留，就會導致過多的肉芽組織增生，瘢痕修復不穩定，甚至會導致左室破裂[33]。

3 心肌梗死中針對巨噬細胞的治療方法

在心肌梗死中以單核細胞和巨噬細胞為靶點進行治療時，需要針對2個階段進行調控：第1階段，單核細胞募集和促炎性巨噬細胞清除碎片；第2階段，修復性巨噬細胞促進心肌愈合。例如，白細胞水平顯著升高的患者可能會從抑制單核細胞募集的治療方案中獲益，而心肌纖維化廣泛的患者可能更適合抑制巨噬細胞增多或中和IL-4的治療方案。

通過使用抗體阻斷細胞因子或趨化因子影響細胞的產生、發育或功能，可以間接調節巨噬細胞的功能。例如，使用IL-1β的抗體可以減少心肌梗死后HSC的增殖，從而減少單核細胞的產生，減輕心臟炎癥反應以及減少心衰的發生[34]。此外，在小鼠體內抑制IL-1β可以減輕動脈粥樣硬化中的斑塊進展[35]。CANTOS研究也證明卡納單抗對動脈粥樣硬化患者有潛在的治療效果[36]。

通過納米顆粒和脂質體運載某種分子可以改變巨噬細胞的表型。例如，含有磷脂酰絲氨酸(PS)的脂質體可通過模仿凋亡細胞引發巨噬細胞的抗炎反應，這種方式在臨床治療上可以得到應用[37]。這表明使用納米材料能夠特異性地治療心肌梗死，而通過PEG涂層以及抗體融合，可進一步優化脂質體的靶向性。

此外，新興的治療技術包括基因編輯和RNA干擾，也可以調節免疫細胞的產生和表型。這2種方法最近都被應用于臨床前研究[38]和對人類細胞的研究。未來通過治療方式的變革，可能針對巨噬細胞研發出更多的治療方法。

4 小 結

細胞譜系研究揭示了在穩態時，心臟和大動脈中的巨噬細胞大多為胚胎來源。在心肌梗死和動脈粥樣硬化時，炎癥反應招募的單核細胞可以在局部分化為巨噬細胞，后者通常具有更強的吞噬功能。然而，在心肌梗死后修復期招募的單核細胞則一般有利于疾病的轉歸，因其可以分化為修復型巨噬細胞，促進梗死區域的愈合以及瘢痕組織的修復。

今后，在不同器官單細胞水平上對巨噬細胞進行更詳細的轉錄組和代謝組分析，以及對不同疾病分期進行研究，可能有助于進一步揭示巨噬細胞亞群功能及其在心血管疾病中各自的作用，使在某個時間點特異性調控特定部位的巨噬細胞成為可能。