炎癥細胞參與腹主動脈瘤的研究進展

蔡一帆 董倩 俞坤武 曾秋棠

(華中科技大學(xué)附屬協(xié)和醫(yī)院，湖北 武漢 430000)

腹主動脈瘤(abdominal aortic aneurysm，AAA)是指腹主動脈局部節(jié)段永久性擴張且直徑超過正常50%或>3 cm[1]。流行病學(xué)研究顯示，隨著人口老齡化，吸煙人口增加，AAA的發(fā)病率逐年攀升。然而，大多數(shù)AAA患者在動脈瘤體積增大前并無癥狀，因此許多AAA患者是在常規(guī)體檢或X射線檢查時偶然發(fā)現(xiàn)，當(dāng)動脈瘤無法承受內(nèi)部壓力時，就會發(fā)生主動脈夾層甚至破裂，死亡率為80%～90%。AAA的主要治療方法是外科修復(fù)，但90%以上的動脈瘤為小動脈瘤(3.0 cm<直徑<5.5 cm)，對于這部分患者，手術(shù)治療是不合適的，因此藥物治療引起極大的關(guān)注，但至今其藥物治療仍十分有限，進一步探索AAA的潛在機制迫在眉睫。AAA較胸主動脈瘤更常見[2]，且二者機制不盡相同。AAA的特征包括炎癥細胞浸潤、細胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)降解和血管平滑肌細胞(smooth muscle cell，SMC)功能障礙，這些都與血管外膜和內(nèi)膜的炎癥細胞浸潤有關(guān)，以上因素共同促進了血管重塑和主動脈壁的弱化。AAA的血管炎癥涉及炎癥細胞的趨化、促炎因子的釋放，從而啟動一系列炎性反應(yīng)[3]。參與AAA的炎癥細胞主要包括巨噬細胞、中性粒細胞、胸腺依賴淋巴細胞(T細胞)和B細胞等免疫細胞，但作為血管壁主要細胞成分的內(nèi)皮細胞和SMC也發(fā)揮著一定的促炎功能，內(nèi)皮細胞作為最大的內(nèi)分泌器官是釋放炎癥因子的重要來源；SMC可以多潛能分化為合成型，甚至免疫細胞樣細胞，與免疫密切相關(guān)，同樣參與炎癥。簡而言之，炎癥細胞是參與AAA炎癥反應(yīng)的基本和始發(fā)元素。

1 免疫細胞

先天性和適應(yīng)性免疫細胞，包括巨噬細胞、中性粒細胞、肥大細胞、自然殺傷細胞(NK細胞)、樹突狀細胞、B細胞和T細胞等，都已被證實參與了AAA的發(fā)生和發(fā)展。其中，巨噬細胞和淋巴細胞的作用最為突出。AAA中免疫細胞的相互作用見圖1。

注:B cell,B細胞;Differentiation,分化;Plasma cell,漿細胞;Memory B cell,記憶性B細胞;IgE,IgE型抗體;Mast cell,肥大細胞;Degranulation,降解;Activate,激活;T cell,T細胞;Proinflammatory medium,促炎介質(zhì);Cytokines,細胞因子;Notch inhibitors,Notch通路抑制劑;Macrophage,巨噬細胞;LPS,脂多糖;IFN-γ,γ干擾素;M1,M1型巨噬細胞;M2,M2型巨噬細胞;IL,白介素;TNF-α,腫瘤壞死因子-α;TGF-β,轉(zhuǎn)化生長因子-β;MMP,基質(zhì)金屬蛋白酶;Treg,調(diào)節(jié)性T細胞;RvD,D系列分解素;Tranilast,曲尼司特;Ca-thepsins,組織蛋白酶;Chymotrypsins,糜蛋白酶;Degradation of extracellular matrix,細胞外基質(zhì)的降解;Apoptosis of smooth muscle cells,平滑肌細胞凋亡;Microvascular growth,微血管生長。

1.1 巨噬細胞

AAA組織中檢測到的多種炎癥細胞中，數(shù)量最多的當(dāng)屬巨噬細胞[4]。在血管緊張素(angiotensin，Ang)Ⅱ誘導(dǎo)的AAA模型中，巨噬細胞聚集是最早發(fā)生的事件之一。研究發(fā)現(xiàn)，AAA早期的巨噬細胞聚集僅限于內(nèi)膜，可誘發(fā)彈性蛋白斷裂、降解，進一步為單核細胞的招募提供了一個趨化梯度；最終，單核細胞的募集和特定基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)的激活可導(dǎo)致降解后的彈性蛋白聚集于中膜和外膜。參與AAA的巨噬細胞有兩類，包括源于胚胎前體的組織內(nèi)巨噬細胞和外周血中由單核細胞分化而來的巨噬細胞。Mellak等[5]研究發(fā)現(xiàn)，AAA病變部位聚集的主要是單核細胞分化的巨噬細胞。單核細胞遷移到腹主動脈后可分化為兩種不同的巨噬細胞亞群，包括促炎性巨噬細胞(M1)和抑炎性巨噬細胞(M2)，前者先出現(xiàn)在主動脈外膜，由脂多糖、γ干擾素(interferon-γ，IFN-γ)等促炎介質(zhì)誘導(dǎo)，分泌白介素(interleukin，IL)-6、IL-1β、腫瘤壞死因子-α(tumour necrosis factor-α，TNF-α)等促炎因子和蛋白水解酶，從而加重炎癥，介導(dǎo)主動脈的擴張和血管重塑；后者則由抗炎介質(zhì)IL-4、IL-13誘導(dǎo)，分泌高水平的抗炎因子IL-10，與肥大細胞和NK細胞共同參與ECM重塑、血管生成、膠原蛋白沉積和組織修復(fù)。在AAA的進展過程中，沉積在主動脈壁的優(yōu)勢細胞從M1逐漸轉(zhuǎn)為M2，體現(xiàn)了M2促進組織修復(fù)和抗炎的代償作用[6]。

研究發(fā)現(xiàn)，直接靶向單核巨噬細胞可有效治療AAA。例如，依維莫司是一種主要用于制作藥物洗脫支架的免疫抑制劑，將其應(yīng)用于AngⅡ誘導(dǎo)的AAA模型，則可通過減少骨髓單核細胞和循環(huán)CC趨化因子受體2+單核細胞而抑制動脈瘤的形成[7]。

M1/M2失衡促進了AAA的發(fā)展[8]，而重塑M1/M2平衡則可治療AAA。Pope等[9]發(fā)現(xiàn)由n-3二十二碳五烯酸衍生的D系列resolvins(n-3 docosapentaenoic acid-derived D-series resolvins，RvDn-3DPA)可通過增加M2、減少M1而減輕AAA。此外，Cheng等[10]研究發(fā)現(xiàn)，AngⅡ誘導(dǎo)的AAA小鼠給予Notch通路抑制劑，可顯著阻止AAA的進展，其主要機制為Notch通路抑制劑能下調(diào)誘導(dǎo)M1分化的細胞因子和趨化因子，從而促進M2分化(圖1)。

1.2 T細胞

隨著血管壁的逐漸擴張，越來越多的淋巴細胞、巨噬細胞、中性粒細胞浸潤到外膜。從AAA組織中發(fā)現(xiàn)，超過50%的淋巴細胞都是CD3+T細胞，包括CD4+和CD8+T細胞[11]。

1.2.1 CD4+T細胞

Xiong等[12]發(fā)現(xiàn)在CD4+T細胞缺陷的小鼠中CaCl2無法誘導(dǎo)AAA形成，這說明CD4+T細胞在AAA的進展中起著不可或缺的作用。然而迄今為止，輔助性T細胞(helper T cell，Th cell)亞群1(Th1)或2(Th2)及其分泌的細胞因子對AAA的促進或抑制作用尚未完全闡明，且其中的機制十分復(fù)雜，圖2對Th1和Th2細胞在AAA形成中的作用機制進行了詳細的描述。

CD4+T細胞可在不同的炎癥微環(huán)境中分化成不同的亞群，包括Th1細胞、Th2細胞、Th17細胞、調(diào)節(jié)性T細胞(regulatory T cell，Treg)等。通過流式細胞術(shù)發(fā)現(xiàn)，人AAA組織中最常見的T細胞是Th2，而Th1細胞很少，因此認為Th2細胞在人類AAA進展期發(fā)揮主導(dǎo)作用。然而AAA形成早期多與動脈粥樣硬化相關(guān)，而動脈粥樣硬化中起主導(dǎo)作用的則是Th1細胞。據(jù)此推測，AAA的形成是Th1、Th2細胞分階段共同作用的結(jié)果[11]。具體而言，在動脈粥樣硬化形成的早期，炎癥細胞募集和脂質(zhì)積累一方面可促進內(nèi)膜增生，另一方面將作為第一個觸發(fā)因素激活Th1細胞，后者分泌IL-2、IFN-γ等細胞因子，再作用于內(nèi)皮細胞、SMC、局部浸潤的巨噬細胞和血小板，促使它們分泌趨化因子、黏附分子、共刺激分子、血小板源生長因子和轉(zhuǎn)化生長因子-β等炎癥介質(zhì)，且SMC的募集、增殖和ECM合成使纖維帽增厚，最終內(nèi)膜進一步增厚，管腔狹窄。接下來，吸煙或遺傳等因素作為第二個觸發(fā)點，誘導(dǎo)Th2型細胞因子IL-4、IL-5、IL-9和IL-10等表達，伴有IFN-γ信號通路下調(diào)，導(dǎo)致巨噬細胞分泌MMP增多，如MMP-9和MMP-12，這些蛋白酶降解主動脈的彈性層，導(dǎo)致血管擴張，最終形成AAA。見圖2。

注:Normal aorta,正常主動脈;Chemokines,趨化因子;Adhesion molecules,黏附分子;Costimulatory molecules,共刺激分子;Platelet-derived growth factor,血小板源生長因子;TGF-β,轉(zhuǎn)化生長因子-β;Smoking,吸煙;Genetic factors,基因因素;First trigger,第一個觸發(fā)點;Second trigger,第二個觸發(fā)點;Atherosclerotic stage,動脈粥樣硬化階段;Blockade of IFN-γ signaling,γ干擾素信號通路阻斷;Aortic aneurysm,主動脈瘤;Endothelium,內(nèi)膜;Media,中膜;Adventitia,外膜;Th1 cytokines,Th1型細胞因子;Th2 cytokines,Th2型細胞因子;Macrophages,巨噬細胞;Platelet,血小板;Elastin degradation,彈力蛋白的降解。

治療方面，有研究[13]發(fā)現(xiàn)抗IL-4或先天性缺乏IL-4可延緩AAA的形成，并伴有巨噬細胞MMP-9和MMP-12的表達降低，這表明阻斷IL-4有望成為預(yù)防和治療AAA的新策略。

1.2.2 CD8+T細胞

針對CD8+T細胞對AAA的直接作用的研究相對較少。Zhou等[14]通過構(gòu)建彈性蛋白酶誘導(dǎo)的小鼠AAA模型，首次證明CD43+CD8+T細胞在AAA中的致病作用，該研究揭示了CD8+T細胞膜表面CD43+可誘導(dǎo)IFN-γ生成，IFN-γ又反過來參與炎癥級聯(lián)反應(yīng)，最終促進動脈瘤的發(fā)展。

1.2.3 Treg細胞

AAA患者CD4+CD25+Treg細胞數(shù)量和功能是缺陷的，Yodoi等[15]發(fā)現(xiàn)Foxp3+Treg可通過抑制炎癥反應(yīng)來減輕動脈瘤，其機制可能涉及促炎細胞因子表達和MMP-2、MMP-9水平下降，以及抗炎細胞因子表達增強。

進一步的研究揭示了Treg細胞調(diào)控AAA可能的方式及機制。Meng等[16]發(fā)現(xiàn)，外源性Treg治療可顯著減少動脈瘤內(nèi)巨噬細胞和CD4+T細胞浸潤，以及減輕SMC凋亡。同時，Treg細胞還能降低上述細胞促炎細胞因子、MMP-2和MMP-9的水平，增加抗炎細胞因子IL-10和轉(zhuǎn)化生長因子-β的表達，抑制氧化應(yīng)激和SMC凋亡。此外，Treg細胞的抑制功能與Foxp3的乙酰化水平密切相關(guān)，沉默信息調(diào)節(jié)因子1又可特異性地調(diào)節(jié)Foxp3的乙酰化。Jiang等[17]研究發(fā)現(xiàn)沉默信息調(diào)節(jié)因子1抑制劑EX-527可恢復(fù)Foxp3的乙酰化，增加活性Treg細胞數(shù)量，從而恢復(fù)Treg細胞對AAA的抑制能力。再者，Treg細胞可通過直接產(chǎn)生多種細胞因子來發(fā)揮作用。Zhou等[18]發(fā)現(xiàn)Treg細胞可通過釋放IL-10而抑制炎癥細胞趨化性、動脈壁重塑和動脈瘤生成。

當(dāng)前，過繼轉(zhuǎn)輸Treg細胞在治療動物的AAA模型中已取得重大成功，AAA患者Treg細胞的離體擴增能確切減少人源化小鼠動脈瘤的大小[19]。

1.3 B細胞

B細胞可分為B1和B2細胞，尤其是B2細胞在AAA中含量豐富，刺激后主要被特異性募集到主動脈壁的外膜。Schaheen等[20]使用彈性蛋白酶灌注或AngⅡ輸注ApoE-/-小鼠的兩種AAA模型，證明了抗CD20抗體介導(dǎo)的B細胞耗竭可增加Treg細胞和表達吲哚胺2，3-雙加氧酶的漿細胞樣樹突狀細胞(plasmacytoid dendritic cell，pDC)的數(shù)量，并創(chuàng)造一種免疫抑制環(huán)境，從而減弱炎癥基因的表達，最終抑制AAA的生長。然而，Meher等[21]發(fā)現(xiàn)在無其他B細胞亞群的情況下，B2細胞可通過上調(diào)Treg細胞和減少單核細胞的數(shù)量來抑制成熟B細胞缺陷的小鼠AAA的形成。上述結(jié)果的差異可能是AAA中的B細胞功能受損，此時B細胞分泌的免疫球蛋白是病理性的，失去了正常功能，而B2細胞的移植可能會產(chǎn)生健康的保護性抗體。目前B細胞在AAA中作用的相關(guān)研究很少，但B細胞和免疫球蛋白數(shù)量的調(diào)節(jié)可能為AAA的治療帶來新的機遇。

1.4 肥大細胞

有研究[22]發(fā)現(xiàn)，AAA組織的外膜和中膜分布有大量肥大細胞，且數(shù)量與動脈瘤的最大直徑成正比。功能上，肥大細胞可激活T細胞和巨噬細胞[23]，從而產(chǎn)生一系列促炎介質(zhì)和細胞因子，反過來，肥大細胞又可通過直接接觸被T細胞所激活。有研究[24]發(fā)現(xiàn)肥大細胞活化、脫顆粒后釋放組織蛋白酶和MMP，激活糜蛋白酶以及IFN-γ和IL-6等細胞因子，進一步降解ECM，介導(dǎo)中層SMC凋亡和微血管生長，促進AAA的發(fā)展。基于此，可應(yīng)用肥大細胞穩(wěn)定化合物阻止肥大細胞產(chǎn)物的釋放，從而治療AAA。例如曲尼司特，一種肥大細胞脫顆粒抑制劑，能延緩AAA的進展。

1.5 NK細胞

AAA患者外周血中的NK細胞顯著增加，從而導(dǎo)致細胞毒活性增加并促進AAA的形成。最新研究表明，NK細胞顯著增加的原因包括抗原刺激的持續(xù)存在和促炎細胞因子的增加。首先，許多與AAA發(fā)展有關(guān)的抗原或風(fēng)險因素，如肺炎衣原體，由組織缺氧誘導(dǎo)產(chǎn)生的脂質(zhì)或蛋白質(zhì)，可促進NK細胞的活化，隨后IFN-γ產(chǎn)生并驅(qū)動血管組織中細胞介導(dǎo)的Th1反應(yīng)，進一步促進NK細胞活化。其次，AAA組織內(nèi)炎癥細胞的存在可作為持續(xù)全身免疫系統(tǒng)激活的病灶。由主動脈組織內(nèi)的白細胞產(chǎn)生的促炎細胞因子如TNF-α、IL-6和IL-1β將驅(qū)動骨髓前體產(chǎn)生NK細胞以及NK細胞的活化[25]。

1.6 樹突狀細胞

樹突狀細胞(dendritic cell，DC)負責(zé)攝取、加工抗原，并將抗原呈遞給T細胞和B細胞。一般來說，DC表達CD11c和主要組織相容性復(fù)合體(major histocompatibility complex，MHC)Ⅱ類，但一旦被激活，它們會增加表面MHC-肽復(fù)合物和共刺激分子的表達。Dubis等[25]通過白喉毒素的注射耗竭了全身的CD11c+細胞，發(fā)現(xiàn)耗竭后Ang誘導(dǎo)的AAA模型小鼠主動脈的最大直徑顯著減少，這為AAA的治療研究提供了新的靶點。

DC分為經(jīng)典樹突狀細胞(conventional dendritic cell，cDC)、單核細胞衍生的DC、pDC和朗格漢斯細胞。由于朗格漢斯細胞的主要駐留部位是表皮和黏膜，因此參與AAA的主要是前三者。

pDC是一個獨特的DC譜系，主要用于細胞因子的產(chǎn)生，而不是抗原呈遞，它能產(chǎn)生Ⅰ型干擾素，例如IFN-α和IFN-β，通過激活效應(yīng)T細胞、細胞毒性T細胞和NK細胞來促進炎癥，這些炎癥細胞可進一步促進AAA的發(fā)展。cDC1通過MHCⅠ類分子促進Th1細胞激活，還可產(chǎn)生IL-12來激活自然殺傷反應(yīng)。cDC2則通過MHCⅡ類分子交叉呈遞抗原來促進Th1細胞的增殖。單核細胞衍生的DC具有轉(zhuǎn)化為cDC的潛力，體內(nèi)試驗表明它們可誘導(dǎo)Th1和Th17細胞極化。然而，關(guān)于DC亞群在AAA中具體作用的研究甚少。

2 SMC

SMC的凋亡和主動脈中膜的退化被認為是AAA病理學(xué)的標(biāo)志，炎癥、活性氧的產(chǎn)生都與AAA中的SMC凋亡有關(guān)。事實上，SMC在AAA中扮演的角色是多面的，其既可直接影響AAA的進展，又可通過調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)發(fā)揮間接作用，此處主要概述其間接調(diào)節(jié)的方式。

首先，SMC與巨噬細胞有著密切聯(lián)系。巨噬細胞可產(chǎn)生IL-1、TNF-α等細胞因子，這些細胞因子是SMC的有絲分裂原[26]，且巨噬細胞可通過其自身衍生的神經(jīng)素1來調(diào)節(jié)血管SMC中的細胞內(nèi)鈣通量，從而特異性誘導(dǎo)SMC中的MMP-3活性，影響SMC的功能；SMC產(chǎn)生的MMP-3有助于增強巨噬細胞誘導(dǎo)的ECM降解[27]。最近，Gurung等[28]應(yīng)用譜系追蹤技術(shù)證實，在人類AAA組織中，SMC能分化為巨噬細胞樣細胞，具體來說是SMC向巨噬細胞樣LGALS3+和CD68+細胞的表型轉(zhuǎn)換。

其次，SMC亦可產(chǎn)生IL-1、IL-6等細胞因子，上述細胞因子是SMC調(diào)節(jié)AAA炎癥反應(yīng)的主要手段。例如正常情況下，IL-6主要在巨噬細胞和T細胞等免疫細胞中表達，但在主動脈壁張力升高時主要由SMC表達。一項大型病例對照研究揭示，IL-6啟動子中的單核苷酸多態(tài)性(rs1800796，-572G>C)是AAA的獨立危險因素[29]，可見SMC可通過分泌IL-6來促進AAA的進展。

巴多昔芬已被美國食品和藥物管理局批準(zhǔn)用于臨床治療骨質(zhì)疏松癥，但在AAA中尚無應(yīng)用。Yan等[30]發(fā)現(xiàn)巴多昔芬可抑制IL-6與其受體結(jié)合，減少p-STAT3、MMP-2和MMP-9的表達，降低IL-6/GP130/STAT3信號通路的活性，從而減輕ApoE-/-小鼠AAA的嚴(yán)重程度。作為美國食品和藥物管理局批準(zhǔn)的具有已知藥代動力學(xué)和安全性的藥物，巴多昔芬在臨床上用于治療AAA具有很大的潛力。

3 內(nèi)皮細胞

內(nèi)皮細胞是襯在血管腔內(nèi)的單層鱗狀上皮細胞，參與許多生理活動以維持血管壁的正常結(jié)構(gòu)和功能。在動脈壁內(nèi)，內(nèi)皮細胞分泌多種影響包括SMC、白細胞等其他細胞功能的物質(zhì)，從而對中膜層和外膜層的炎癥反應(yīng)造成影響。在AAA的發(fā)生和發(fā)展中，內(nèi)皮細胞可通過多方面來調(diào)節(jié)炎癥。

首先，內(nèi)皮細胞可合成多種炎癥相關(guān)介質(zhì)。例如內(nèi)皮白細胞黏附分子、E選擇素、細胞間黏附分子-1等。激活的內(nèi)皮細胞上血管細胞黏附分子-1表達上調(diào)可促進內(nèi)皮細胞-白細胞的相互作用，促進白細胞和巨噬細胞的黏附，從而促進AAA的進展[31]。

其次，有證據(jù)表明，核因子κB介導(dǎo)了多種與主動脈壁炎癥和氧化反應(yīng)相關(guān)的基因。當(dāng)內(nèi)皮細胞的核因子κB通路被阻斷時，動脈中膜和外膜的炎癥細胞浸潤，炎癥因子表達和氧化應(yīng)激反應(yīng)均減少，從而抑制了動脈瘤的形成，這表明內(nèi)皮細胞能通過其自身的轉(zhuǎn)錄因子核因子κB來促進炎癥，從而促進動脈瘤的發(fā)展[32]。基于上述研究，阻斷內(nèi)皮細胞-白細胞作用的黏附分子或關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子將為AAA的防治提供全新的思路。

4 小結(jié)與展望

本文總結(jié)了各種炎癥細胞在AAA中的動物和臨床研究證據(jù)。實際上，各類炎癥細胞之間以及炎癥細胞與炎癥因子之間相互作用、錯綜復(fù)雜，共同構(gòu)成了特定的炎癥微環(huán)境，促進或延緩AAA的進展。當(dāng)前，關(guān)于抗IL-β特異性抗體治療冠心病的CANTOS研究和關(guān)于秋水仙堿治療急性心肌梗死的COLCOT研究取得了積極的結(jié)果，具有心血管疾病抗炎治療的里程碑意義[33-34]。盡管有關(guān)IL-1β抗體治療AAA的臨床試驗正在進行，但大多數(shù)有關(guān)炎癥反應(yīng)在AAA中的研究仍停留在動物模型或體外試驗中，許多治療藥物在動物方面取得巨大成功，但在臨床上效果不好甚至反作用。其有多方面原因，例如與人類不同，小鼠經(jīng)常出現(xiàn)的是腎上性AAA，經(jīng)典的三種動物模型還是不足以精確地模擬人類慢性AAA的形成過程，在體內(nèi)和體外的細胞和分子機制也不同，且許多治療方案應(yīng)用于臨床可能帶來的并發(fā)癥都是未知的，理想中更好的生物利用度和更少的副作用還有很長一段路要走。因此，如何從炎癥網(wǎng)絡(luò)中篩選出合適且可能有效的靶點仍是主要難題之一。此外，新型抗炎因子和免疫細胞在AAA中的作用及機制有待闡明，新機制可能帶來新靶點。未來，期望抗炎治療成為AAA防治的破局之道。