單核/巨噬細胞調控心梗后心肌纖維化的研究進展*

覃宇燕，吳 茜，余細勇

（廣州醫科大學藥學院，廣東省分子靶標與臨床藥理學重點實驗室，廣東廣州511436）

急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）是一種嚴重的缺血性心臟病，持續的心肌缺血可導致心肌細胞大量凋亡或壞死而丟失。心肌纖維化（myo?cardial fibrosis，MF）是指在心肌的正常組織結構中膠原纖維過量積聚、心臟組織中膠原濃度顯著升高或膠原成分發生激劇改變，導致心臟僵硬度增加、心功能下降。MF 是心肌梗死的主要病理生理學過程，可導致心臟重構（cardiac remodeling），并逐漸發展為慢性心力衰竭（chronic heart failure，CHF）［1］。成年心肌梗死心肌愈合主要依賴瘢痕修復，包括炎癥期、增殖期和成熟期。心肌梗死后迅速激活固有免疫產生強烈而短暫的適應性炎癥反應，血液中的單核/巨噬細胞可以表現為經典激活M1樣表型，分泌出大量的促炎細胞因子，比如腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factorα，TNF-α）、白細胞介素1（interleukin-1，IL-1）、IL-12、IL-23、干擾素γ 及活性氧簇（reactive oxygen spe?cies，ROS）等，加重缺血損傷，參與心梗后心臟重塑和心衰等病理生理過程；同時也可表現為抗炎的轉化激活M2樣表型，清除損傷壞死細胞及基質碎片，發揮抗炎的適應性反應，參與損傷心肌的修復。在增殖期，單核細胞和巨噬細胞亞群分泌生長因子，招募和激活間葉修復細胞（主要是肌成纖維細胞和血管細胞）。肌成纖維細胞分泌大量細胞外基質蛋白，從而保護左心室的完整性。大多數修復細胞凋亡意味著增殖期結束，膠原纖維瘢痕形成。

心梗后相同來源的單核/巨噬細胞為什么會產生如此不同甚至相反的作用？歸根結底在于心梗不同時期單核/巨噬細胞的表型、極化狀態不同從而發揮出不同的作用。本文主要闡述心梗后單核/巨噬細胞與心肌纖維化的關系，進一步了解單核/巨噬細胞極化狀態的改變與其所處微環境的改變對梗死后心肌纖維化的作用及調控機制。

1 單核/巨噬細胞

小鼠血液中的單核細胞具有多相性，根據Ly6C的表達可分為2 種亞型。Ly6Chigh單核細胞具有致炎性，可表達大量的趨化因子C-X-C 受體2（chemokine C-X-C receptor 2，CCR2）和低水平的趨化因子C-X3-C 受體 1（chemokine C-X3-C receptor 1，CX3CR1）；Ly6Clow單核細胞則與之相反，低表達CCR2 和高表達CX3CR1［2］。 Ly6Clow單 核 細 胞 來 自 于 Ly6Chigh的 轉化［3-4］。1882 年，Ilya Ilyich Mechnikow 首次鑒別出巨噬細胞并認為是脊柱動物對抗感染和損傷的第一道防護系統［5］。巨噬細胞通過抗感染、清除衰老或損傷的細胞等作用維持體內的平衡［6］。巨噬細胞通過抗感染、清除衰老或損傷的細胞等作用維持體內的平衡。不同組織器官中巨噬細胞發揮不同的作用。高鹽飲食的大鼠，皮膚內巨噬細胞通過分泌血管內皮生長因子C（vascular endothelial growth factor-C，VEGF-C）增加內皮型一氧化氮合酶的表達，調控細胞外鹽濃度，維持血壓平衡［7］。巨噬細胞還參與機體體溫的調控。研究發現冷刺激能快速促進脂肪組織中的巨噬細胞交替激活，分泌兒茶酚胺以誘導棕色脂肪組織中的熱基因表達和白色脂肪組織中的脂肪分解［8］。而巨噬細胞特異性敲除NCoR基因可表現出抗炎且對胰島素高敏感的表型［9］。巨噬細胞對心梗后心臟的修復起著關鍵作用，敲除巨噬細胞可增加心梗后小鼠的死亡率［10-11］。

2 單核/巨噬細胞與心肌纖維化

單核/巨噬細胞的表型和功能多樣，有促纖維化和抗纖維化的雙重作用，然而其具體的作用取決于參與反應的細胞亞型以及微環境因素。單核/巨噬細胞的亞群可能通過分泌細胞因子和生長因子調節纖維化，以及分泌蛋白酶來調節基質的重塑。同時，單核/巨噬細胞也可能通過吞噬清除壞死細胞來參與纖維化的發展，或通過清除凋亡成纖維細胞和細胞基質碎片來減少纖維化的發生。正常心臟中的巨噬細胞類似于轉化激活的抗炎M2 型［12-13］，心肌梗死發生時，血液中的單核細胞被募集到缺血心臟與缺血周邊區并分化為巨噬細胞，巨噬細胞發生極化改變進行損傷修復，在梗死后5～7 d 達到高峰［14-20］。在受損心肌中存在大量的巨噬細胞，但巨噬細胞調節纖維化的具體功能仍然不明確。巨噬細胞的極化是其對極端環境信號下表達大量不同的基因和功能的一個表現或者方法。有研究發現在肝纖維化的模型中Ly6Clow單核/巨噬細胞能分泌大量的基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）［21］，這對減少纖維化反應可能起著重要的作用。

3 單核/巨噬細胞調控纖維化的機制

傳統的纖維化研究主要涉及腎素-血管緊張素-醛固酮系統（RAAS）、免疫調節和細胞因子，從炎癥、細胞凋亡或增殖、信號轉導通路異常（如Smad2/Smad3）等角度去探討發生發展機制［22］。單核/巨噬細胞如何調控心梗后心肌纖維化的機制尚不清楚，可能存在以下機制。

3.1 心臟炎癥微環境導致巨噬細胞發生極化，調控心梗后心肌纖維化 心肌梗死時，單核/巨噬細胞同時具有促炎和抗炎雙重作用。巨噬細胞根據激活后功能和表型的不同分為經典激活M1 型和轉化激活M2 型兩種激活形式。心梗后，血液中大量的單核細胞募集在梗死部位，可以產生大量具有吞噬、殺菌、抗原呈遞及降解細胞外基質等功能的促炎細胞因子，使心臟微環境發生急劇變化，導致Ly6Chigh向促炎的M1型轉化。而M2型巨噬細胞則高表達抗炎因子IL-4、IL-10、血紅素氧合酶1、CD163 及各類清道夫受體，發揮重要的組織修復、免疫耐受和抗炎作用，具有促進細胞外基質重建、細胞增殖、血管新生等功能［23］。研究發現梗死后的1～3 d（早期）心臟缺血區主要以M1型巨噬細胞為主，從而加速心肌細胞的凋亡；5～7 d（中晚期）則以M2 型巨噬細胞占主導，參與心肌纖維化的發生［16，24］。此外，心梗初期單核細胞侵潤心肌組織后，促炎巨噬細胞亞群同樣侵潤梗死心肌，并持續發揮促炎作用。但是，心梗區侵潤細胞遠不止單核細胞和巨噬細胞，可能包含不同功能的其它細胞亞群及其分泌物共同作用使微環境發生改變而導致巨噬細胞的極化狀態不同，從而產生不同的抗炎/促炎作用。

3.2 循環來源的單核/巨噬細胞可能轉化為成纖維樣細胞，參與心肌纖維化的發展 髓源性細胞在小鼠心肌梗死的重塑中起著重要的作用，可能有分化為成纖維細胞的能力。研究發現1 型輔助性T 細胞（helper T cell 1，Th1）因子抑制原始細胞向成纖維細胞分化，而Th2 細胞因子促進原始細胞向成纖維細胞分化，且生長因子也對纖維化起著調控作用［25］。心肌梗死時梗死區域有大量的細胞因子，因此細胞因子及其受體可能參與單核細胞在心肌的募集以及單核細胞向成纖維細胞分化。在小鼠心肌缺血的模型中，趨化因子導致的巨噬細胞侵潤是心肌纖維化的重要因素。而且在小鼠的高血壓模型中發現，血管緊張素Ⅱ以及鹽皮質激素可能通過激活巨噬細胞來促進纖維化反應［26］。此外M1 型巨噬細胞分泌的IL-1β可以誘導MMP-9的表達，并促進轉化生長因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）刺激成纖維細胞的增殖［26］。Lan 等提出巨噬細胞-肌成纖維細胞轉化（macrophage-myofibloblast transition，MMT）的觀點，該實驗室發現骨髓來源的單核/巨噬細胞無論在人的腎臟疾病標本中還是單純輸尿管阻塞的小鼠腎臟纖維化模型和慢性腎移植損傷間質纖維化模型中，都可通過 TGF-β/Smad3 通路，經歷 MMT 過程，最終主要以M2 表型的巨噬細胞轉化為肌成纖維樣細胞，加重腎臟纖維化［27-29］。Caplice 等［30］在 2003 年提出類似觀點：動脈粥樣硬化病人病灶中有10%表達α-SMA 的細胞來源于骨髓。接著，2009 年Stewart等［31］提出TGF-β 可誘導巨噬細胞表達α-SMA。巨噬細胞會轉變為成纖維樣細胞，但以哪種表型轉化為主還是兩種表型共同存在轉化，從而促進纖維化的進展，加重心臟重構，有待更多的實驗驗證。

3.3 心肌細胞和干細胞分泌的外泌體介導單核/巨噬細胞發生極化，調控心梗后心肌纖維化 在心血管疾病中，外泌體傳遞的miRNA 通過減少心梗后心肌細胞凋亡，心肌肥大、心肌纖維化和促進新生血管參與到心臟損傷后修復過程［32-33］。Khan 等［34］發現小鼠胚胎干細胞分泌的外泌體可增加梗死后心臟血管形成和心肌細胞的存活，同時減少心肌纖維化。而人臍帶間充質干細胞分泌的外泌體移植到急性損傷和纖維化的肝臟中能恢復肝功能和減少肝臟纖維化［35］。雖有文獻報道干細胞外泌體對減少纖維化的作用，但并沒有解釋干細胞外泌體對單核/巨噬細胞促纖維化和抗纖維化雙重調節作用的關系。在腫瘤微環境中卻有相關報道。腫瘤環境中巨噬細胞是富集最多的免疫細胞。M1 型巨噬細胞可誘導細胞死亡而抑制腫瘤的生長，M2 型巨噬細胞刺激腫瘤的生長和組織的修復。研究發現胰腺癌細胞轉染質粒表達miR-155 和miR-125b 可修飾其分泌的外泌體內容物，從而介導巨噬細胞重編程，使巨噬細胞極性發生改變，由抗炎M2 轉變為促炎M1 表型，發揮抗癌作用［36］。大腸癌細胞分泌的外泌體運輸RPPH1 到巨噬細胞中，介導巨噬細胞M2 表型的極化，從而促進癌細胞的新陳代謝和增殖［37］。以上說明腫瘤細胞分泌的外泌體會通過細胞間的信號轉導介導巨噬細胞極化，從而影響腫瘤的進展。以此類推，心梗后心肌缺血環境下心肌細胞或骨髓來源的干細胞分泌的外泌體對巨噬細胞的極化和心肌的修復和纖維化具有重大意義，探討心梗后不同來源外泌體誘導巨噬細胞極化在心肌纖維化過程中的作用將成為臨床治療的心梗后心肌重構的新切入點。

3.4 單核/巨噬細胞通過對血管內皮的作用和刺激其他細胞因子的分泌參與心肌纖維化 最新研究發現骨髓來源的單核/巨噬細胞作為內源性適應性反應，能夠分泌內質網膜蛋白復合物10（endoplasmic reticulum membrane protein complex 10，Emc10），這種蛋白通過小G 蛋白和MAPK-MK2 通路，促進肌動蛋白的聚集、內皮細胞的遷移和血管新生，從而改善梗死小鼠心肌的血液循環，修復損傷組織和提高心臟功能［38］。Emc10 蛋白通過小 G 蛋白發揮促血管新生作用修復損傷心臟，而小G 蛋白與囊泡轉運、細胞骨架的組裝和微血管形成等密切相關。Emc10 為免疫反應激活下單核/巨噬細胞的分泌蛋白，與單核/巨噬細胞分泌的外泌體有什么區別和聯系呢？感染HIV 病人常常激活IFN-α敏感表型的單核細胞，并且循環中具高水平的LPS，具有患心血管疾病的風險。Tang 等［39］首次在感染了 HIV 的病人中發現其單核細胞分泌的外泌體通過TLR4 和NF-KB 通路能改變內皮細胞的表達和引起機體功能紊亂，包括心血管疾病和其他慢性免疫激活反應；同時，血管內皮細胞內單核細胞通過激活NF-KB 分泌的外泌體能誘發黏附分子和細胞因子。單核/巨噬細胞分泌的Emc10 蛋白和外泌體都與內皮細胞有密切聯系，兩者是否會通過對內皮細胞的作用和誘發的其他細胞因子的表達對巨噬細胞的極化狀態產生影響而對缺血心臟產生異曲同工之妙的協同修復作用有待更多科學實驗的探究。而單核/巨噬細胞分泌的外泌體對其自身表型的轉化和發揮促纖維化和抗纖維化雙重調節作用是否有關鮮有報道。最新研究發現內皮細胞所處微環境的改變可影響其胞外囊泡（extracellular vesi?cles，EVs）的釋放，從而影響單核細胞的活性與巨噬細胞表型的轉化：氧化低密度脂蛋白誘導的內皮細胞釋放的胞外囊泡通過改變M2 表型巨噬細胞與M1表型巨噬細胞的平衡來提高單核細胞的活性；而Kruppel 樣因子2 誘導內皮細胞分泌囊泡，通過加強免疫調節反應和減少促炎反應而抑制單核細胞活性［40］。巨噬細胞極化狀態的改變與其分泌蛋白、外泌體是否有關更待進一步實驗驗證。

4 展望

心肌梗死后心室重構一直是心梗后不良預后的關鍵，心肌纖維化可損害心臟的收縮和舒張功能，抗心肌纖維化治療從而減緩或者降低心室重構具有重要的臨床意義。雖然目前有很多關于心肌纖維化的基礎研究，但抗纖維化的明確機制還不清楚，臨床上仍沒有具體的抗纖維化治療的藥物。心梗后的5 d內是急性炎癥的爆發期，之后炎癥逐漸消退。以單核細胞的募集作為減少炎癥的靶點對增強心臟修復具有保護作用［41-42］。研究發現改變巨噬細胞M1型向M2 型的轉化可提高梗死后心臟的修復和功能［43-46］。單核/巨噬細胞是心梗后主要炎癥細胞，通過表型的轉化對梗死后心臟發揮不同的功能。以表觀遺傳調控巨噬細胞的極化和表型轉化作為治療靶點，通過外泌體介導細胞間的信號轉導調控巨噬細胞極化狀態，改變M1與M2表型的比例與其分泌物的產生，從而減輕纖維化，逆轉心肌重構，將成為干預心肌纖維化發生發展的新思路與靶點。