巨噬細(xì)胞在心肌損傷修復(fù)中的調(diào)控機(jī)制研究進(jìn)展

朱鑫泰 綜述 沈振亞，陳維倩 審校

1.蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院心臟大血管外科，江蘇 蘇州 215000；

2.蘇州大學(xué)心血管病研究所，江蘇 蘇州 215000

心臟、血管和血液構(gòu)成了人體重要的循環(huán)系統(tǒng)，它不僅可以將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、氧氣及各種調(diào)節(jié)分子輸送到全身各個(gè)細(xì)胞中，而且可以將細(xì)胞內(nèi)的代謝廢物輸送出去。心臟主要由心肌細(xì)胞構(gòu)成，而心肌細(xì)胞的再生能力很差，通常嚴(yán)重的心肌損傷會(huì)導(dǎo)致不可逆的心臟重塑及功能障礙。因此，只有充分地理解心肌損傷后引發(fā)的炎癥與修復(fù)的機(jī)制才能找到更好的改善方法。心臟損傷后的炎癥發(fā)生、發(fā)展及修復(fù)是由多種免疫細(xì)胞(中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞以及T、B淋巴細(xì)胞)共同參與的[1]，其中巨噬細(xì)胞是免疫反應(yīng)的中央調(diào)節(jié)器，能產(chǎn)生大量炎性細(xì)胞因子，驅(qū)使不同炎性細(xì)胞向炎癥組織浸潤(rùn)，最終改善心臟炎癥及纖維化。

1 巨噬細(xì)胞的分類及其相關(guān)炎性因子

1.1 巨噬細(xì)胞的功能及分類 巨噬細(xì)胞在機(jī)體中主要有三個(gè)功能:宿主防御、傷口愈合及免疫調(diào)節(jié)。其中參與宿主防御的主要為經(jīng)典激活型巨噬細(xì)胞(促炎巨噬細(xì)胞，統(tǒng)稱M1 巨噬細(xì)胞，簡(jiǎn)稱M1)，而參與傷口愈合及免疫調(diào)節(jié)的主要為交替激活型巨噬細(xì)胞(包括傷口愈合性巨噬細(xì)胞及調(diào)節(jié)性巨噬細(xì)胞，統(tǒng)稱M2巨噬細(xì)胞，簡(jiǎn)稱M2)[2]，大量研究證明M2 巨噬細(xì)胞的范疇已經(jīng)擴(kuò)大到包括所有非M1巨噬細(xì)胞。

1.2 巨噬細(xì)胞相關(guān)的炎性因子 促炎巨噬細(xì)胞相關(guān)的炎性因子有C-C基序趨化因子配體15(Chemokine C-C motif Ligand 15，CCL15)、CCL20、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)、白細(xì)胞介素-1(IL-1)、IL-2、IL-6、IL-12、IL-23、C-X-C基序趨化因子配體9 (chemokine C-X-C motif ligand 9，CXCL9)、CXCL2、CXCL10、CXCL11、C-X-C基序趨化因子受體4 (chemokine C-X-C motif receptor 4，CXCR4)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、干擾素-γ等。傷口愈合性巨噬細(xì)胞相關(guān)的炎性因子：CCL18、CCL17、CCL22、CXCL4、IL-4、IL-13、IL-35、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(transforming growth factorβ，TGFβ)等。調(diào)節(jié)性巨噬細(xì)胞相關(guān)的炎性因子有CCL1、CCL2、IL-10、CXCL5、糖皮質(zhì)激素、G蛋白偶聯(lián)受體、凋亡細(xì)胞等。

2 巨噬細(xì)胞與受損心肌的修復(fù)

根據(jù)巨噬細(xì)胞作用將心肌損傷后的時(shí)期分為前期促炎期和后期修復(fù)期兩個(gè)時(shí)期，因此降低前期促炎反應(yīng)或加強(qiáng)后期修復(fù)反應(yīng)對(duì)減輕心肌損傷及促進(jìn)損傷愈合顯得尤為重要。

2.1 M1 與受損心肌的修復(fù) 以往研究證實(shí)M1在受損心肌中有抑制心肌修復(fù)的作用，早在2013年的一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)胸腺素β4-亞砜(thymosinβ4-sulfoxide)是受損心肌抗炎過程的指導(dǎo)性趨化信號(hào)，其通過在受損部位抑制干擾素-γ生成引發(fā)M1 耗竭，從而促進(jìn)傷口愈合[3]。后來MOHAMMADIPOOR等[4]發(fā)現(xiàn)斯鈣素-1(stanniocalcin-1，STC-1)不僅能降低受損心肌中CD14、TNF-α、CXCL2、IL-1β和髓過氧化物酶的水平，還抑制了分化的M1 對(duì)CD14 配體脂多糖(LPS)的反應(yīng)，進(jìn)而降低促炎反應(yīng)。2019 年的一項(xiàng)研究證明外源性CXCL4 的輸注會(huì)通過基質(zhì)金屬蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9，MMP-9)降低CD36 受體水平，進(jìn)而通過作用于CXCR4促進(jìn)M1的募集導(dǎo)致炎癥加重[5]，而CXCR4拮抗劑可以減弱M1引起的促炎反應(yīng)[6]。研究發(fā)現(xiàn)在M1 中，Yes 相關(guān)蛋白(Yes-associated protein，YAP)和具有PDZ 結(jié)合基序的轉(zhuǎn)錄輔激活子(transcriptional coactivator with PDZ-binding motif，TAZ)的過表達(dá)可通過增加IL-6來促進(jìn)炎癥反應(yīng)，而YAP/TAZ基因的缺失可導(dǎo)致促炎反應(yīng)受損和修復(fù)反應(yīng)增強(qiáng)[7]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)受損心肌中的巨噬細(xì)胞通過高度表達(dá)Sestrin2(一種調(diào)節(jié)代謝穩(wěn)態(tài)的應(yīng)激誘導(dǎo)蛋白)從而抑制mTORC1 信號(hào)，進(jìn)而抑制M1 的促炎反應(yīng)[8]。有研究證實(shí)M1 通過釋放大量促炎性外來體(M1-exosomes，M1-Exos)來抑制Sirt1/AMPKα2-內(nèi)皮一氧化氮合酶和RAC1-PAK2信號(hào)通路，從而降低血管內(nèi)皮細(xì)胞的生成能力進(jìn)而加重心肌損傷[9]。另有研究發(fā)現(xiàn)LGR4(leucine-rich repeat-containing G protein-coupled receptor 4，LGR4)通過調(diào)節(jié)M1 的生成及其促炎反應(yīng)對(duì)抗心肌梗死后的心臟修復(fù)[10]。這些巨噬細(xì)胞的調(diào)控方式為心肌損傷的預(yù)防和治療提供了方向。

2.2 M2與受損心肌的修復(fù) 有關(guān)T淋巴細(xì)胞的一項(xiàng)早期研究表明，耐受性樹突狀細(xì)胞在心肌梗死組織中通過激活調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Tregs)改善心肌重塑及功能[11]，這可能與Tregs或TH2型細(xì)胞調(diào)控受損心肌組織中巨噬細(xì)胞向M2分化有關(guān)。在2014年的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中證實(shí)了CD4+Foxp3+Tregs在受損心肌中確實(shí)可以誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M2分化，通過分泌大量M2相關(guān)衍生蛋白并激活肌成纖維細(xì)胞促進(jìn)傷口愈合[12]。為了證明Tregs 是因?yàn)榉置贗L-10 發(fā)揮抑制炎癥的作用，研究者通過對(duì)照實(shí)驗(yàn)證明IL-10 可促使巨噬細(xì)胞向M2 分化[13]。后SHIRAKAWA 等[14]發(fā)現(xiàn)IL-10 的一種作用機(jī)制為，刺激CD11b+Ly6G-粒細(xì)胞通過信號(hào)轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)錄激活劑3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)酪氨酸磷酸化途徑分化為產(chǎn)生骨橋蛋白(osteopontin，OPN)的半乳糖凝集素-3hiCD206+(Galectin-3hiCD206+)巨噬細(xì)胞(一種M2)，而缺乏CD39 的心梗組織通過細(xì)胞外ATP 和IL-4 的增加類似地驅(qū)動(dòng)了CD301+和CD206+修復(fù)型巨噬細(xì)胞(一種M2)的生成，這幾類巨噬細(xì)胞在受損心肌中均有著較強(qiáng)的修復(fù)功能[15]。基于以往實(shí)驗(yàn)證實(shí)CX3C 趨化因子受體1(CX3CR1)在免疫分辨和傷口愈合中的關(guān)鍵作用。TANG 等[16]證明前列腺素(prostaglandin) P2/(E-prostanoid)Ep3 通過促進(jìn)TGFβ1生成從而增加Ly6Clow巨噬細(xì)胞中CX3CR1的表達(dá)和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的分泌，進(jìn)而促進(jìn)修復(fù)性Ly6Clow巨噬細(xì)胞(一種M2)的遷移和受損組織周圍血管的生成。類似的研究發(fā)現(xiàn)12/15脂氧合酶(12/15 Lipoxygenase，12/15 LOX)量的降低通過促進(jìn)M2生成激活Ep4信號(hào)，同樣促進(jìn)了受損心肌的愈合[17]。另一項(xiàng)研究證明IL-35通過STAT1和STAT4的磷酸化途徑激活巨噬細(xì)胞中CX3CR1 的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而促進(jìn)修復(fù)性巨噬細(xì)胞亞群Ly6Clow的存活和細(xì)胞外基質(zhì)沉積，促進(jìn)傷口愈合[18]。而受損心肌中IL-13[19]、IL-35 的消除使得心梗后組織愈合和重塑發(fā)生惡化[18]。在心肌損傷早期炎癥的研究中發(fā)現(xiàn)，β2腎上腺素能受體通過激活蛋白1 相關(guān)β-arrest 2 信號(hào)通路不僅調(diào)節(jié)趨化因子受體2(chemokine C-C motif receptor 2，CCR2)的表達(dá)，而且調(diào)節(jié)其對(duì)CCL2的反應(yīng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)M2向受損心肌的募集[20]；后來WANG等[21]發(fā)現(xiàn)在心梗組織中加入了合成的o-透明質(zhì)酸(＜10 個(gè)二糖單位，hyaluronan oligosaccharides，o-HA)也可以通過激活趨化因子CCL2和CXCL5 改善M2 的極化。LIM 等[22]在2021 年發(fā)現(xiàn)M2 通過增加金屬蛋白酶14 (matrix metalloproteinase 14，Mmp14)的表達(dá)激活其內(nèi)部的TGFβ1，從而導(dǎo)致內(nèi)皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(endothelial-to-mesenchymal transition，EndMT)，對(duì)心臟修復(fù)和重塑產(chǎn)生較大貢獻(xiàn)[23]。近些年一些新的研究發(fā)現(xiàn)硫化氫(H2S)可以通過增強(qiáng)線粒體生物發(fā)生和脂肪酸氧化誘導(dǎo)M2極化[24]；另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)含血紅素的巨噬細(xì)胞靶向脂質(zhì)載體通過激活血紅素氧化酶-1(heme oxygenase-1，HO-1)將巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化為抗炎表型，并促進(jìn)心肌梗死組織的愈合和修復(fù)[25]。過去有研究人員在骨髓來源的單核與巨噬細(xì)胞中提取到了一種具有治療潛力的旁分泌蛋白-髓源性生長(zhǎng)因子(myeloid-derived growth factor，MYDGF)，其為19號(hào)染色體上開放閱讀框編碼的分泌蛋白[26]，后來研究證實(shí)其通過激活c-Myc/FoxM1 途徑促進(jìn)心肌細(xì)胞和血管增殖，從而減輕心肌梗死后的收縮功能障礙[27]。

2.3 M1、M2的協(xié)同作用與受損心肌的修復(fù) 心肌損傷后的愈合涉及炎性Ly6Chigh (M1)及修復(fù)性Ly6Clow(M2)巨噬細(xì)胞的雙相作用。過去有研究者發(fā)現(xiàn)脂蛋白相關(guān)磷脂酶A2 (lipoprotein-associated phospholipase A2，Lp-PLA2)通過增加炎性因子TNF-α、IL-1β、IL-6 和促炎性Ly6Chigh 巨噬細(xì)胞破壞炎癥和修復(fù)之間的關(guān)系來抑制心肌修復(fù)，而Lp-PLA2 消除后的心梗組織則出現(xiàn)大量修復(fù)性Ly6Clow巨噬細(xì)胞，從而降低損傷處的炎癥反應(yīng)并促進(jìn)修復(fù)[28]。HAN 等[29]發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯(graphene oxide，GO)不僅可以作為抗氧化劑通過減少細(xì)胞內(nèi)活性氧來減輕巨噬細(xì)胞的M1分化，還可以作為IL-4 質(zhì)粒DNA 的載體刺激M2 生成；另一研究發(fā)現(xiàn)n-炔丙基咖啡堿(N-Propargyl Caffeamide，PACA)通過激活Nrf2/HO-1 通路并減弱LPS 對(duì)NF-κB 的激活，同樣促進(jìn)M1 向M2 極化，有效地減小了梗死心肌面積[30]。傳統(tǒng)人們認(rèn)為吡格列酮是一種過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor-gamma，PPARγ)激動(dòng)劑，而最新一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)證明納米顆粒(nanoparticle，NP)介導(dǎo)的吡格列酮通過抑制M1 募集及其促炎反應(yīng)并促進(jìn)M2生成從而減輕心臟炎癥[31]。在近些年的一些研究中，RIENKS 等[32]發(fā)現(xiàn)，單核細(xì)胞中Semaphorin 3A (Sema3A)蛋白表達(dá)的增加使得CX3CR1 的表達(dá)增加，后者不僅調(diào)節(jié)M1 向著誘導(dǎo)凋亡方向的轉(zhuǎn)變而改變促炎狀態(tài)，而且調(diào)節(jié)M1向M2極化；后來CAO等[33]發(fā)現(xiàn)，心肌損傷產(chǎn)生的核酸能激活并分泌環(huán)GMP-AMP 合酶(cyclic GMP-AMP synthase，cGAS)，而cGAS的缺乏消除了關(guān)鍵炎癥因子(如iNOS)的誘導(dǎo)作用，同樣促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M2 方向轉(zhuǎn)化。LI 等[34]最新發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞表達(dá)的低氧誘導(dǎo)有絲分裂因子(hypoxia-induced mitogenic factor，HIMF)通過激活STAT1 和STAT3 信號(hào)促進(jìn)M1并抑制M2極化來負(fù)調(diào)節(jié)心肌修復(fù)，因此可以通過靶向清除HIMF 促進(jìn)M2 生成以改善急性心肌損傷。另外ZHAO等[35]在其研究中發(fā)現(xiàn)間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞衍生的外來體(mesenchymal stromal cell-derived exosomes，MSC-Exo)通過穿梭miR-182 促使M1 向M2 極化以減輕心肌損傷。最新研究表明，轉(zhuǎn)錄因子Nur77可介導(dǎo)炎癥性Ly6Chigh 巨噬細(xì)胞向修復(fù)性Ly6Clow巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)變，而鈣結(jié)合蛋白S100A9 可在心梗機(jī)體內(nèi)增加Ly6Chigh 單核細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄因子Nur77 的生成和活性，但分析結(jié)果表明，短期阻斷S100A9 生成較長(zhǎng)期阻斷S100A9更能在心梗后炎癥期改善炎癥及心臟長(zhǎng)期功能[36]。此外另有研究表明，中性粒細(xì)胞分泌體中的關(guān)鍵誘導(dǎo)劑-中性粒細(xì)胞明膠酶相關(guān)脂質(zhì)運(yùn)載蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGAL)可以誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向介導(dǎo)凋亡細(xì)胞清除的M2方向分化[37]；后來EGHBALZADEH 等[38]發(fā)現(xiàn)中性粒細(xì)胞胞外陷阱(neutrophil extracellular traps，NETs)在心肌缺氧條件下抑制M1 極化及IL-6、TNF-α表達(dá)，并促進(jìn)M2 極化及IL-10表達(dá)，從而促進(jìn)受損心肌修復(fù)。

3 干細(xì)胞與受損心肌的修復(fù)

干細(xì)胞治療受損心肌是近年來比較熱門的研究方向。2017 年的一項(xiàng)研究表明同種異體人類心臟衍生干細(xì)胞/祖細(xì)胞(human cardiac-derived stem/progenitor cells，hCPC)通過促進(jìn)單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞的抗炎極化來促進(jìn)心肌損傷后的修復(fù)[39]，其中一種機(jī)制認(rèn)為：來自人類心血管祖細(xì)胞的細(xì)胞外小泡(extracellular vesicles cardiovascular progenitor cells，EV-CPC)通過降低受損心肌組織中M1、Ly6Chigh單核細(xì)胞的數(shù)量和IL-1α、IL-2、IL-6的水平，并增加M2的數(shù)量和IL-10 的水平，從而引發(fā)修復(fù)性免疫反應(yīng)[40]；另一種機(jī)制認(rèn)為：人胚胎干細(xì)胞衍生的心血管祖細(xì)胞(human embryonic stem cell-derived cardiovascular progenitors cells，hESC-CVPCs)在心肌損傷前期通過STAT6 途徑激活M2 來促進(jìn)損傷修復(fù)[41]。不同來源的間充質(zhì)干細(xì)胞通過不同機(jī)制進(jìn)行心肌修復(fù)，巢蛋白+心臟間充質(zhì)干細(xì)胞(cardiac nestin+ mesenchymal stromal cells，Nes+cMSCs)在受損心肌組織中通過高度表達(dá)骨膜素促進(jìn)M2 極化[42]；受損心肌組織中高度表達(dá)的維甲酸相關(guān)孤兒受體α(retinoic acid-related orphan receptorα，RORα)可通過促進(jìn)骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞分泌血管生成素樣肽4促進(jìn)M2極化[43]。另有研究發(fā)現(xiàn)，骨髓單個(gè)核細(xì)胞(bone marrow mononu-clear cells，BM-MNCs)在IL-4 作用下能在體外有效地產(chǎn)生M2，M2 的受損心肌移植獲得了優(yōu)于BM-MNCs 直接移植的治療效果[44]。最新研究表明，在受損心肌區(qū)域注射兩種不同類型的成人干細(xì)胞及化學(xué)誘導(dǎo)劑，可誘導(dǎo)區(qū)域性CCR2+、CX3CR1+巨噬細(xì)胞(M2)積聚并改變?cè)搮^(qū)域心臟成纖維細(xì)胞活性，改善心肌活動(dòng)功能[45]。

4 總結(jié)

巨噬細(xì)胞在參與心肌損傷的發(fā)生、發(fā)展及修復(fù)中伴隨大量炎性因子生成，通過對(duì)炎性因子的調(diào)控促使巨噬細(xì)胞趨向M2分化或抑制其M1分化可改善心肌損傷的結(jié)局，由于分化后的M1、M2之間存在轉(zhuǎn)化性，也可通過調(diào)控轉(zhuǎn)化介質(zhì)達(dá)到相同目的。后續(xù)還將對(duì)巨噬細(xì)胞調(diào)控的修復(fù)效能行綜合對(duì)比分析，找出多個(gè)修復(fù)效能較強(qiáng)的靶點(diǎn)，并探討多靶向聯(lián)合調(diào)控的修復(fù)效能。