中性粒细胞在心肌梗死中的作用研究进展

陈秀 刘小熊 夏豪

430060 武汉大学人民医院心内科，武汉大学心血管病研究所，心血管病湖北省重点实验室

急性心肌梗死(acute myocardial infarction，AMI)是一种全球范围内高发病率和高死亡率的心血管疾病，严重威胁人类生命健康[1]。虽然我国AMI防治工作已取得了初步成效，但仍面临严峻挑战，其发病率和死亡率仍呈上升态势[2]。AMI多有冠状动脉粥样硬化的病理基础[3]。研究表明，动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)不单纯是一种动脉管壁脂质浸润堆积性疾病，更是一种进展性炎症反应，符合炎症反应的普遍规律[4-6]。中性粒细胞作为最广泛的一种炎症细胞，在损伤或炎症发生时，率先到达这些部位，发挥其抗损伤抗炎作用[7-8]。中性粒细胞在冠状动脉粥样硬化性心脏病中的作用也是研究的热点和难点。首先，中性粒细胞能促进AS的早期形成，形成MI的病理基础[4， 9-15]；其次，中性粒细胞还能推动AS的进一步发展，使斑块不稳定，导致AMI的发生[16-25]；最后，在MI发生后的数小时，中性粒细胞首先到达心肌坏死区域，参与MI后的一系列病理生理过程[26-31]。本文主要就中性粒细胞在MI发生发展中的作用进行综述。

1 中性粒细胞促进MI病理基础的形成

MI多发生在冠状动脉粥样硬化的病理基础上[3]。早在1989年，Mehta等[4]就发现了急性冠状动脉综合征患者的中性粒细胞弹性蛋白酶活性明显增加，证实中性粒细胞在AS中发挥作用。研究发现，中性粒细胞/淋巴细胞比值不仅是一种炎症指标，还是冠状动脉粥样硬化性疾病预后的独立预测因子[32-33]。大量研究表明，中性粒细胞不仅促进AS的早期形成，还能推动AS的进一步发展，促进MI病理基础的形成。

1.1 中性粒细胞促进AS早期形成

中性粒细胞是一种短生存期细胞，主要由造血干/祖细胞(hematopoietic stem/progenitor cells，HSPC)更新补充，而产生、增殖和释放则由粒细胞集落刺激因子(granulocyte colony stimulating factor，G-CSF)调控[10]。高胆固醇血症时，一方面胆固醇使HSPC表达白细胞介素(interleukin，IL)-3β、IL-5β和粒细胞-巨细胞集落刺激因子(granulocyte macrophage colony stimulating factor，GM-CSF)受体增多，从而更易于增殖，中性粒细胞产生增多；另一方面，胆固醇可下调骨髓中性粒细胞CXCR4-CXCL12(抑制)或上调CXCR2-CXCL1(促进)之间的作用，促进中性粒细胞的释放[11]。

正常情况下，血管内皮细胞和血管内流动的血液能够阻止血液中白细胞的粘附[12]。在血脂代谢紊乱等病理情况下，增高的脂蛋白如低密度脂蛋白(low density lipoprotein，LDL)可侵入动脉壁，被氧化修饰成氧化型低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein，ox-LDL)后，激活血管内皮细胞，表达大量粘附分子、趋化因子及GM-CSF等，与中性粒细胞上相应受体结合，促使其粘附聚集并分泌组织蛋白酶G、中性粒细胞胞外诱捕网(neutrophil extracellular traps，NETs)等，进一步招募大量单核细胞并转化为有清道夫受体作用的巨噬细胞，吞噬沉积在内膜内的脂质，形成脂质条纹[9， 13-15]。同时，中性粒细胞可分泌髓过氧化物酶、释放大量的活性氧，氧化LDL、加重内皮细胞功能障碍，促进AS形成[9， 11]。

由此可见，血脂代谢紊乱可以促进中性粒细胞的产生和释放，释放到外周血的中性粒细胞则会进一步促进AS的形成。

1.2 中性粒细胞促进AS的进展

病变区域的胆固醇结晶可刺激中性粒细胞释放NETs，促使巨噬细胞产生IL-1β前体(proIL-1β)；同时，被巨噬细胞内吞的胆固醇结晶，可激活其内的炎症小体，介导caspase-1剪切proIL-1β，形成IL-1β，上调T细胞来源的IL-17，促进CXCL1和CXCL2的产生，与中性粒细胞表面相应的受体结合，进一步招募更多的中性粒细胞，促进AS的发展[16， 34]。此外，NETs通过Toll样受体9(toll like receptor 9，TLR9)使浆细胞样树突状细胞(plasmacytoid dendritic cells，pDC)表达干扰素α(一种公认的促AS因子)，推动AS进一步发展[17]。

综上，中性粒细胞不仅促进AS的形成，还能推动AS的进展，但中性粒细胞在AS形成和发展过程中是否存在有利作用，尚未见相关研究报道，还有待进一步研究。

2 中性粒细胞促进MI的发生

增生的纤维帽覆盖于脂质池形成的纤维粥样斑块是AS进展期的一种病变，也是最具特征的病变[13]。脂质池主要由坏死或凋亡的细胞碎片和少基质的脂质组成，凋亡的细胞碎片主要来自平滑肌细胞和巨噬细胞转变的泡沫细胞，同时，渗出的中性粒细胞作为一种短生存期细胞，即使在炎症刺激的作用下，也会在8 h内启动凋亡程序，形成凋亡碎片，参与脂质池的形成[18]。纤维帽主要是一些由平滑肌细胞合成分泌的细胞外基质(extracellular matrix，ECM)，包括胶原蛋白、弹性蛋白、蛋白多糖，厚纤维帽可以稳定粥样斑块，防止其破裂引起AMI；而薄的纤维帽则会使粥样斑块不稳定，易于破裂，从而成为引发AMI的一大主要原因[19-20]。纤维帽的厚薄主要取决于ECM合成与降解速度的平衡，中性粒细胞可以分泌大量的蛋白酶、弹性蛋白酶和基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMPs，如MMP-8、MMP-9)，降解ECM，当降解大于合成时，纤维帽变薄，斑块不稳定而破裂[21-22]。此外，这些蛋白酶除了降解ECM外，还能通过其他作用导致斑块破裂，如MMP-8可通过剪切CXCL1和CXCL8，与中性粒细胞表面相应的受体CXCR结合，进一步招募更多的中性粒细胞，形成一种级联环路[35]；弹性蛋白酶可激活MMP-9，增强MMP-9降解ECM的活性[36]。

基质丰富、脂质缺乏、内皮细胞粘附少的斑块往往也是不稳定的，不同于斑块破裂，这种斑块是由于表面糜烂而引起AMI的[23]。斑块的表面糜烂主要有两种机制：一是内皮下基底膜和下面的ECM大分子的降解，二是内皮细胞的死亡[24]。中性粒细胞可通过与内皮细胞的TLR2作用，增强内皮细胞应激，使活性氧释放增加，促进内皮细胞凋亡，使斑块更易发生表面糜烂[37]。此外，中性粒细胞分泌的NETs包含组织蛋白酶G、中性粒细胞弹性蛋白酶、MMPs(MMP-2、MMP-9)以及胶原酶等，可以降解基底膜和下面的ECM大分子，包括基底膜成分和纤维状胶原，从而减少内皮细胞粘附，斑块易发生表面糜烂[23， 37]。Libby等[24]发现NETs还可通过IL-1α激活内皮细胞的促炎功能，间接促进斑块的表面糜烂。近年来一些在体研究也证实了NETs促进斑块表面糜烂的作用[25]。

由此可见，中性粒细胞能通过斑块破裂和表面糜烂作用两种方式导致斑块不稳定，从而引起AMI的发生。

3 中性粒细胞在MI后的双重作用

研究发现，在MI发生后数小时，中性粒细胞首先浸润到梗死区域，在MI后24 h内，梗死区域即有大量中性粒细胞浸润，第3天达高峰，第5天开始回落，一直到第7天下降至较低水平，但仍然高于MI前水平[26-27， 29， 31]。值得一提的是，MI后24 h的中性粒细胞主要为N1型(促炎型)，比例可高达98%，这是由于MI发生后，梗死区域缺血坏死的心肌细胞会释放出大量损伤相关分子模式(damage-associated molecular pattern，DAMPs)，如高迁移率族蛋白1和热休克蛋白60等，通过与中性粒细胞表面的TLR4结合，从而驱动中性粒细胞向N1型转化，此型中性粒细胞通过表达大量的促炎介质(如IL-12、肿瘤坏死因子α等)和释放大量的活性氧，促进炎症进展，同时还能分泌大量MMP-12和MMP-25，使基质降解，梗死区域室壁变薄，表现出病理作用，如心脏破裂等[29]。N1型在MI后的初期(24 h内)比例虽然很大，但随着时间的推移，N1型会逐渐减少，从MI后24 h的98%减少至第7天的约80%；相反，N2型(抗炎型)的比例则会不断增加，从MI后24 h的2%逐渐增加到第7天的20%，此型可表达大量抗炎介质，如IL-10、转化生长因子β(transforming growth factor β，TGF-β)等，促进炎症消解，参与“损伤修复反应”，发挥抗炎抗损伤作用[29， 31]。但N2型的转化并不是由上述抗炎介质IL-10、TGF-β介导的，而是由其他因子，具体为何种因子尚待进一步研究。但与N1型的转化不同的是，N2型仅能由局部梗死区域浸润的中性粒细胞转化而来，循环中的中性粒细胞并不能转化为N2型；而N1型则既可来自局部梗死区域浸润的中性粒细胞的转化，也可由循环中的中性粒细胞转化而来。此研究同时还表明，N1型中性粒细胞能促进心室不良重构的发生，而N2型则可减轻这种不良重构[29]。如果不对MI后初期的N1型中性粒细胞的促炎作用进行抑制，此型中性粒细胞可表达或释放大量的颗粒蛋白、促炎介质和大量的活性氧等，从而导致一系列不良事件的发生，如心脏破裂、心室壁瘤形成、病理重构以及功能障碍[27， 30]。

MI后心脏会立即启动“损伤修复反应”，此过程会经历三个时期，即早期炎症反应期、纤维修复增殖期和纤维瘢痕成熟期。在这一过程中，3种细胞发挥主要作用，依次是中性粒细胞、巨噬细胞和肌成纤维细胞[26]。浸润到梗死区域的中性粒细胞既能释放蛋白水解酶和通过吞噬作用清除坏死的心肌细胞和降解的基质碎片，N1型中性粒细胞又可表达大量促炎介质加重MI后的炎症反应，同时N2型也可通过表达大量的抗炎介质减轻MI后的炎症反应，但两型中性粒细胞的生存期都较短(<8 h)，发挥作用后很快会启动凋亡程序，凋亡的中性粒细胞又可以通过3种机制促进炎症消解：(1)释放乳铁蛋白，抑制中性粒细胞进一步招募，从而减少N1型中性粒细胞的来源，间接发挥促炎症消解作用[27， 29]；(2)表达磷脂酰丝氨酸，使巨噬细胞向M2型转化，M2型巨噬细胞吞噬凋亡的中性粒细胞后会分泌大量IL-10和脂氧素等促炎症消解介质，促进炎症消解，此外，还可通过旁分泌TGF-β激活肌成纤维细胞，促进胶原纤维的合成，间接促进组织纤维修复反应[28]；(3)凋亡的中性粒细胞可表达炎症因子“诱饵”受体如CCR5，促进炎症因子的清除[26]。

综上，中性粒细胞在MI发生后的病理生理过程中发挥着双重作用。MI后初期促炎型(N1型)中性粒细胞具有强大的促炎促损伤作用，随着时间的推移，抗炎型(N2型)比例增加，参与MI后的“损伤修复反应”，发挥抗炎抗损伤作用，同时也可看出中性粒细胞是MI后“损伤修复反应”的始动环节，也是连接3个不同时期的桥梁。

4 小结

中性粒细胞作为白细胞中最多的一种炎症细胞，贯穿MI发生发展的全过程，从早期AS的形成到MI的发生，乃至MI发生后的一系列病理生理过程，在这一过程中既存在有利作用，同时亦存在不利影响。本文就中性粒细胞在MI发生发展中的作用进行综述，推测对中性粒细胞及其相关因子进行调控可能是较为理想的防治MI的一个靶点，如对MI后中性粒细胞的转化进行调控(抑制N1型的转化，促进N2型的转化)，或许可以作为改善MI患者预后的一种手段等，希望能为MI的防治提供一定的依据。

利益冲突：无