巨噬细胞在心肌梗死中的双重角色

李晶，夏豪,2,3，杨洋，张成

• 综述 •

巨噬细胞在心肌梗死中的双重角色

李晶1，夏豪1,2,3，杨洋1，张成1

巨噬细胞，最早由科学家Metchnikoff发现[1]，以其吞噬能力为特点，几乎存在于成年哺乳动物所有组织器官中。巨噬细胞是一类功能可塑性极强的细胞，不仅有组织器官特异性，且在同一组织中也存在多种表型、结构各异的巨噬细胞亚群[2,3]。

急性动脉粥样硬化斑块破裂造成冠状动脉堵塞，或造成永久性的缺氧/低营养损伤，或由于及时干预重新建立血流而导致再灌注损伤。心肌梗死发生后心脏功能及结构不同程度受损，发生心脏重塑，最终走向难逆的心力衰竭[4,5]。以往人们对巨噬细胞在心血管系统中的认识主要与其在动脉粥样硬化斑块中扮演的重要角色有关[6]。它的存在对维持心血管系统的正常生理有重要意义，但是当炎症发生时，巨噬细胞的过度激活则促进了疾病的发展，如急性冠脉综合征、心梗后心肌组织失代偿修复、心肌炎等。目前认为巨噬细胞是起到保护作用或损害作用，取决于它的定位、数量和表型等综合因素。没有选择性地抑制其免疫活性不但无法取得有效的临床成果，甚至反而可能加重原有疾病[7]。

本综述旨在总结有关巨噬细胞在心血管疾病中的病理作用的最新进展，尤其是心肌缺血/再灌注疾病和动脉粥样硬化。

1 巨噬细胞分型与来源

多年来研究者们尝试对巨噬细胞进行准确的分类，但尚未形成统一精确的标准。较经典的有根据巨噬细胞活化后的不同表型分为1型（M1）和2型（M2）巨噬细胞。M1型以高分泌促炎因子（IL-12、TNF-α）、高表达iNOS、CCL2、促进Th1型免疫应答、强大的杀菌、杀瘤活性为特征；M2型则以高分泌抗炎因子（IL-12）、低分泌促炎因子（IL-12、TNF-α）、低表达iNOS及CCL2、促进Th2型免疫应答、促进组织重塑、肿瘤发展、吞噬寄生虫为特征[8,9]。随着最新的技术进步，现证明当机体处于稳态时，成年心脏存在两种互相独立不相关的巨噬细胞池，第一种（CCR2-、CD11clo）包括大多数MHC-Ⅱhi、MHC-Ⅱlo和Ly6c+，第二种只占少数，来源于血液中的CCR2+Ly6chi单核细胞[10]。CCR2-和CCR2+亚群都能表达MHC-Ⅱ，调控I细胞的抗原应答反应，而MHC-Ⅱlo激活T细胞的能力则非常有限。CCR2-CD11clo细胞较后者体积大得多包含大的细胞质隔间，在MHC-Ⅱlo中尤为显著。而MHC-Ⅱlo亚群在吞噬死亡细胞碎片方面尤为高效。CD11clo在稳态时即不依赖循环中的单核细胞，它们能发生原位增殖。CCR2+亚群巨噬细胞富含调控Nlrp3炎症小体的基因——主要介导释放IL-1β，其数量缺乏导致IL-1β产生减少，因此阻断CCR2轴抑制缺血损伤。

近年来关于巨噬细胞有以下几点新的认识，总结如下：①部分组织器官（心脏、肝脏、脑）处于稳态或发生某些特定种类的炎症反应时，其大多数巨噬细胞并不是由单核细胞分化而来。②成熟组织中的巨噬细胞源于出生前即存在的原位胚胎祖细胞。③机体处于稳态时成熟组织中的巨噬细胞可通过自我更新来保持其数量和活性，当这种平衡被打破时，外周单核细胞可分化成巨噬细胞以补充甚至替代某些组织中的固有巨噬细胞。④外周循环中的巨噬细胞来源于骨髓中的干/组细胞以及脾的髓外造血[3,7-11]。

利用胚胎发育早期阶段的细胞标记物追踪各种免疫细胞，发现在卵黄囊中形成的髓样细胞分布于成年小鼠各器官组织，构成其固有巨噬细胞[10,12]。Clinton使用BrdU标记法显示，虽然早期动脉粥样斑块中的巨噬细胞大多来源于循环中的单核细胞（骨髓和脾中的造血干细胞增殖分化），到后期则主要是由斑块里的单核细胞源的巨噬细胞原位增殖而来[13]。同样，通过体内细胞追踪、异种共生等实验途径证明心脏中多数巨噬细胞在出生前即存在，心肌组织受到缺血损伤致使稳态被打乱，外周单核细胞募集并逐渐替代这些固有巨噬细胞。

成年心脏中的胚胎源巨噬细胞有组织修复功能，这就解释了为什么在心肌损伤早期无选择性地清除巨噬细胞反而会导致不良的心脏重塑、恶化心功能；反之，心肌损伤晚期抑制外周单核细胞源的巨噬细胞募集起到帮助组织修复和改善心功能的作用[14,15]。

2 巨噬细胞与炎症反应

心梗初期的局部炎症反应对梗死后心肌的自愈至关重要，其中最重要的早期炎症细胞是中性粒细胞。巨噬细胞M2型极化（梗死后4～7 d）对清除凋亡坏死细胞十分关键[16,17]。研究发现中性粒细胞通过分泌含中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白（NGAL）的颗粒促进巨噬细胞向M2c极化，而M2c极化对促进凋亡细胞的吞噬、清除是必要的。同时巨噬细胞吞噬死亡的中性粒细胞能抑制促炎细胞因子，诱导抗炎因子IL-10、TGF-β发挥抗炎效应。若缺少巨噬细胞或者缺乏吞噬受体MerTK（介导凋亡细胞清除），梗死心肌中的中性粒细胞持续存在导致炎症反应进行性发生[18]。

采用最新的体内RNAi技术，将包含siRNA（特异性沉默心脏内皮细胞与募集炎症细胞有关的5种粘附因子ICAM-1，VCAM-1，E选择素、P选择素）的心脏血管内皮细胞导向的纳米微粒注入冠状动脉结扎的小鼠体内，抑制淋巴细胞招募，经过3周RNAi处理，发现心肌中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞的数量都明显减少，而外周淋巴细胞数量则无明显差异。此外，虽无明显缩小梗死面积，但是小鼠梗死后的心脏重塑减轻、心肌纤维化减轻、且心功能改善，并且没有观察到心脏外副作用[8,19]。相似地，Sager等[20]最近研究证明，采用上述siRNA技术，抑制心梗后单核细胞及中性粒细胞向粥样斑块聚集，降低斑块中降解基质的蛋白酶活性从而稳定斑块。

3 巨噬细胞表型变化

心梗发生后30 min内，Ly6Chigh单核细胞便迅速被招募至梗死边缘区，分化成促炎型巨噬细胞，负责清除死亡细胞、碎片、凋亡的中性粒细胞，随着再灌注或微血管再通，巨噬细胞逐渐转移至梗死中心[21]。约4～7 d后，巨噬细胞逐渐转换成M2型，大量分泌多种生长因子如VEGF、TGF-β、IGF-1促进血管再生和纤维生成。非梗死区单核/巨噬细胞的聚积使基质金属蛋白酶、组织蛋白酶活性升高，促进细胞外基质溶解、导致心室扩张。在高胆固醇诱导的ApoE-/-动脉粥样硬化小鼠模型中，由于Ly6Chi向Ly6Clo转换受到抑制、Ly6Chi寿命延长导致局部和循环中Ly6Chi单核细胞数量水平持续升高，粘附于活化的内皮并分化为巨噬细胞，导致持续的炎症反应[22]。同样，Panizzi通过构建ApoE-/-心梗模型，结果显示5 d后梗死心肌Ly6Chi/Ly6Clo比值为2.2，较野生型小鼠的1.2明显升高，此外，PCR显示ApoE-/-组炎症相关因子如TNF-α、MPO升高，定量染色显示cathepsin B、MMP9、MMP2增多。利用LPS毒性诱导野生型小鼠心肌损伤实验发现，5 d后Ly6Chi较对照组成倍升高，FMT-CT显示损伤心肌蛋白酶及吞噬活性升高，MRI显示恶化的心室扩张，这提示Ly6Chi单核细胞数量不仅影响梗死的炎症程度及时间，还与梗死后不良的心脏重塑和心功能恶化直接相关[23]。

通过原基分布图分析发现在成年鼠心脏中，大多数巨噬细胞起源于卵黄囊造血期的胚胎祖细胞（CCR2-）[10]。心肌损伤后5 d内，巨噬细胞在新生小鼠数量迅速增加，成年鼠心脏中则相对缓慢。新生小鼠心脏选择性扩增MHCIIloCCR2-巨噬细胞（几乎完全源于胚胎时期固有巨噬细胞），而CCR2+单核细胞数量并不增加。不同的是，成年鼠心脏选择性招募MHC-IIhiCCR2+单核细胞源巨噬细胞。损伤后6周，新生鼠心功能几乎完全恢复，左室缩短分数（LVFS）恢复至基础水平，左室舒张末期内径（LVDEd）和左心室质量指标都与对照组无明显差异，心室结构正常伴轻微的心肌肥厚和心肌纤维化；而成年鼠则仍然表现为LVEDd、左室收缩末期内经（LVESd）持续升高，左室质量增加，心室肥厚和间质纤维化明显。有趣的是如果给予CCR2抑制剂则可部分逆转上述不良反应。这说明新生小鼠心脏修复功能强于成年鼠，可能部分依赖于巨噬细胞。这提示阻断损伤心肌过度的炎症反应，降低附带的心肌损伤效应，重要的是尽可能保留胚胎来源的巨噬细胞亚群，也许能最大限度保留心肌修复能力[24]。

4 巨噬细胞与心肌修复再生

有研究发现成年鼠心梗后间充质干细胞（MSCs）起到的组织修复作用也依赖于巨噬细胞。MSCs能调节组织固有巨噬细胞表型由M1型转换至M2型，增加M2/M1比例。巨噬细胞反过来为MSCs构造了一个抗炎的微环境以维持其生存和生长，提示修复型巨噬细胞和内源性心脏干细胞（CPCs）之间存在正反馈环共同促进组织新生。巨噬细胞耗竭抵消了MSC注入的有利效应[25,26]。

通过检测M1/M2表型转换和细胞因子IL-1β、IL-6、TNF-α、IFN-γ（M1型）及IL-10、TNF-β1、TGF-β3、VEGF（M2型）与MSCs生存率的关系，发现M2型细胞及其相关细胞因子促进人MSCs的生长，反之，M1型细胞及其相关因子抑制人MSCs生长。说明这对损伤组织的干细胞和祖细胞长期生存有关键作用。

目前发现多种分子路径参与MSC介导的巨噬细胞调节作用，包括IFN-γ、IL-1β、IL-4、IL-6、IL-10、IL-13、前列腺素E2（PGE2）、TNF-α、NO等。尤其是最新发现向小鼠体内注射PGE2能促进幼龄小鼠内源性CPCs分化至成熟的心肌细胞，而成年小鼠的心梗边缘区的心肌细胞重建能力则增强，这可能与PGE2调节巨噬细胞亚群有关，PGE2能抑制心肌细胞的TGF-β/TAK1信号通路，增加M2/M1比例从而调节局部炎症微环境，提高小鼠心梗后存活率[25-28]。

此外，胰腺再生蛋白3β（Reg3β）能促进巨噬细胞向心肌损伤部位迁移，在活化的单核/巨噬细胞和中性粒细胞释放的的OSM刺激下，受损心肌细胞释放大量Reg3β，促进清除中性粒细胞残骸，抑制基质降解、防止胶原沉积、心脏破裂[29]。借此，受损心肌细胞、促炎型巨噬细胞、修复型巨噬细胞之间形成了一个前馈环促进组织愈合。C19orf10，一种巨噬细胞源生长因子在心梗后也起到保护心肌促进血管新生的作用[30]。

5 非梗死区的巨噬细胞

Gd-DTPA增强扫描发现心梗后1～7 d小鼠心脏梗死区域扩大，室壁变薄，FDG-PET显像结合心肌Mac-2免疫组化染色提示7 d后梗死区巨噬细胞明显增多[31]。大量单核/巨噬细胞也募集至非梗死区域，虽然不如梗死区域快，约10 d达到峰值。非梗死区域的巨噬细胞募集对心脏重塑有关键作用，依赖于其持续的低水平炎症反应，包括蛋白酶活性升高。正常边缘区毛细血管密度增加诱导募集趋化因子并进一步招募单核细胞加重炎症[32]。对非梗死区局部心肌收缩舒张功能变化的研究显示与该区域的巨噬细胞数量变化一致，暗示着非梗死区的巨噬细胞在心梗后病理过程具有重要作用。小鼠LAD结扎诱导的心梗模型中，尽管心梗早期（1～7 d）的心室结构和功能改变主要是由梗死区心肌导致的，急性期（24 h内）后无梗死发生的后壁和室间隔收缩功能几乎恢复至基础水平，而在心梗发生后28 d，非梗死区心肌舒张末期室壁厚度则明显增加，后壁和室间隔局部心肌的收缩功能较基础水平至少下降了50%[31,33]。此外在心梗患者身上也观察到类似局部心肌功能与结构随时间变化的趋势。心肌梗死时，缺血区域观察到明显的炎症反应，而梗死边缘区非缺血正常区域则发生相当活跃的炎症相关心肌重塑。虽然目前关于这方面的研究证据尚不足，但我们可以推测巨噬细胞在这个过程中的作用也许与其和心肌细胞等其它心脏内的实质细胞的直接相互作用有关，例如巨噬细胞直接损伤心肌细胞、促进心肌凋亡[34]。

巨噬细胞是除了心肌细胞、成纤维细胞和内皮细胞以外心脏中数量最多的实质细胞。尽管当前关于巨噬细胞在心血管疾病中损伤修复、心肌再生和心肌重塑等方面的作用研究得还不够透彻。但可以确定的是，巨噬细胞通过多种复杂的反馈环和前馈环的调节转换表型以维持其微环境的稳定，它的异质性反映了健康和损伤心肌在组织损伤和修复的不同阶段其微环境在空间、时间上的差异。必须要认清的是，炎症反应及巨噬细胞在心肌梗死损伤和修复的病理过程中发挥着双重作用。如何使单核/巨噬细胞的募集、增殖、极化这些复杂的病理生理过程达到平衡，使巨噬细胞表型在适当的时间点完成从促炎症到促修复的表型转换，不仅有利于快速清除凋亡、坏死组织，还能加速组织修复。进一步探索巨噬细胞与其它实质细胞之间的相互作用，如心肌细胞、成纤维细胞、内皮细胞在将来的研究中也十分重要。

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本文编辑：戴楠，田国祥

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A

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10.3969/j.issn.1674-4055.2017.06.37