单核/巨噬细胞调控心梗后心肌纤维化的研究进展*

覃宇燕，吴 茜，余细勇

（广州医科大学药学院，广东省分子靶标与临床药理学重点实验室，广东广州511436）

急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）是一种严重的缺血性心脏病，持续的心肌缺血可导致心肌细胞大量凋亡或坏死而丢失。心肌纤维化（myo‑cardial fibrosis，MF）是指在心肌的正常组织结构中胶原纤维过量积聚、心脏组织中胶原浓度显著升高或胶原成分发生激剧改变，导致心脏僵硬度增加、心功能下降。MF 是心肌梗死的主要病理生理学过程，可导致心脏重构（cardiac remodeling），并逐渐发展为慢性心力衰竭（chronic heart failure，CHF）［1］。成年心肌梗死心肌愈合主要依赖瘢痕修复，包括炎症期、增殖期和成熟期。心肌梗死后迅速激活固有免疫产生强烈而短暂的适应性炎症反应，血液中的单核/巨噬细胞可以表现为经典激活M1样表型，分泌出大量的促炎细胞因子，比如肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factorα，TNF-α）、白细胞介素1（interleukin-1，IL-1）、IL-12、IL-23、干扰素γ 及活性氧簇（reactive oxygen spe‑cies，ROS）等，加重缺血损伤，参与心梗后心脏重塑和心衰等病理生理过程；同时也可表现为抗炎的转化激活M2样表型，清除损伤坏死细胞及基质碎片，发挥抗炎的适应性反应，参与损伤心肌的修复。在增殖期，单核细胞和巨噬细胞亚群分泌生长因子，招募和激活间叶修复细胞（主要是肌成纤维细胞和血管细胞）。肌成纤维细胞分泌大量细胞外基质蛋白，从而保护左心室的完整性。大多数修复细胞凋亡意味着增殖期结束，胶原纤维瘢痕形成。

心梗后相同来源的单核/巨噬细胞为什么会产生如此不同甚至相反的作用？归根结底在于心梗不同时期单核/巨噬细胞的表型、极化状态不同从而发挥出不同的作用。本文主要阐述心梗后单核/巨噬细胞与心肌纤维化的关系，进一步了解单核/巨噬细胞极化状态的改变与其所处微环境的改变对梗死后心肌纤维化的作用及调控机制。

1 单核/巨噬细胞

小鼠血液中的单核细胞具有多相性，根据Ly6C的表达可分为2 种亚型。Ly6Chigh单核细胞具有致炎性，可表达大量的趋化因子C-X-C 受体2（chemokine C-X-C receptor 2，CCR2）和低水平的趋化因子C-X3-C 受体 1（chemokine C-X3-C receptor 1，CX3CR1）；Ly6Clow单核细胞则与之相反，低表达CCR2 和高表达CX3CR1［2］。 Ly6Clow单 核 细 胞 来 自 于 Ly6Chigh的 转化［3-4］。1882 年，Ilya Ilyich Mechnikow 首次鉴别出巨噬细胞并认为是脊柱动物对抗感染和损伤的第一道防护系统［5］。巨噬细胞通过抗感染、清除衰老或损伤的细胞等作用维持体内的平衡［6］。巨噬细胞通过抗感染、清除衰老或损伤的细胞等作用维持体内的平衡。不同组织器官中巨噬细胞发挥不同的作用。高盐饮食的大鼠，皮肤内巨噬细胞通过分泌血管内皮生长因子C（vascular endothelial growth factor-C，VEGF-C）增加内皮型一氧化氮合酶的表达，调控细胞外盐浓度，维持血压平衡［7］。巨噬细胞还参与机体体温的调控。研究发现冷刺激能快速促进脂肪组织中的巨噬细胞交替激活，分泌儿茶酚胺以诱导棕色脂肪组织中的热基因表达和白色脂肪组织中的脂肪分解［8］。而巨噬细胞特异性敲除NCoR基因可表现出抗炎且对胰岛素高敏感的表型［9］。巨噬细胞对心梗后心脏的修复起着关键作用，敲除巨噬细胞可增加心梗后小鼠的死亡率［10-11］。

2 单核/巨噬细胞与心肌纤维化

单核/巨噬细胞的表型和功能多样，有促纤维化和抗纤维化的双重作用，然而其具体的作用取决于参与反应的细胞亚型以及微环境因素。单核/巨噬细胞的亚群可能通过分泌细胞因子和生长因子调节纤维化，以及分泌蛋白酶来调节基质的重塑。同时，单核/巨噬细胞也可能通过吞噬清除坏死细胞来参与纤维化的发展，或通过清除凋亡成纤维细胞和细胞基质碎片来减少纤维化的发生。正常心脏中的巨噬细胞类似于转化激活的抗炎M2 型［12-13］，心肌梗死发生时，血液中的单核细胞被募集到缺血心脏与缺血周边区并分化为巨噬细胞，巨噬细胞发生极化改变进行损伤修复，在梗死后5～7 d 达到高峰［14-20］。在受损心肌中存在大量的巨噬细胞，但巨噬细胞调节纤维化的具体功能仍然不明确。巨噬细胞的极化是其对极端环境信号下表达大量不同的基因和功能的一个表现或者方法。有研究发现在肝纤维化的模型中Ly6Clow单核/巨噬细胞能分泌大量的基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）［21］，这对减少纤维化反应可能起着重要的作用。

3 单核/巨噬细胞调控纤维化的机制

传统的纤维化研究主要涉及肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）、免疫调节和细胞因子，从炎症、细胞凋亡或增殖、信号转导通路异常（如Smad2/Smad3）等角度去探讨发生发展机制［22］。单核/巨噬细胞如何调控心梗后心肌纤维化的机制尚不清楚，可能存在以下机制。

3.1 心脏炎症微环境导致巨噬细胞发生极化，调控心梗后心肌纤维化 心肌梗死时，单核/巨噬细胞同时具有促炎和抗炎双重作用。巨噬细胞根据激活后功能和表型的不同分为经典激活M1 型和转化激活M2 型两种激活形式。心梗后，血液中大量的单核细胞募集在梗死部位，可以产生大量具有吞噬、杀菌、抗原呈递及降解细胞外基质等功能的促炎细胞因子，使心脏微环境发生急剧变化，导致Ly6Chigh向促炎的M1型转化。而M2型巨噬细胞则高表达抗炎因子IL-4、IL-10、血红素氧合酶1、CD163 及各类清道夫受体，发挥重要的组织修复、免疫耐受和抗炎作用，具有促进细胞外基质重建、细胞增殖、血管新生等功能［23］。研究发现梗死后的1～3 d（早期）心脏缺血区主要以M1型巨噬细胞为主，从而加速心肌细胞的凋亡；5～7 d（中晚期）则以M2 型巨噬细胞占主导，参与心肌纤维化的发生［16，24］。此外，心梗初期单核细胞侵润心肌组织后，促炎巨噬细胞亚群同样侵润梗死心肌，并持续发挥促炎作用。但是，心梗区侵润细胞远不止单核细胞和巨噬细胞，可能包含不同功能的其它细胞亚群及其分泌物共同作用使微环境发生改变而导致巨噬细胞的极化状态不同，从而产生不同的抗炎/促炎作用。

3.2 循环来源的单核/巨噬细胞可能转化为成纤维样细胞，参与心肌纤维化的发展 髓源性细胞在小鼠心肌梗死的重塑中起着重要的作用，可能有分化为成纤维细胞的能力。研究发现1 型辅助性T 细胞（helper T cell 1，Th1）因子抑制原始细胞向成纤维细胞分化，而Th2 细胞因子促进原始细胞向成纤维细胞分化，且生长因子也对纤维化起着调控作用［25］。心肌梗死时梗死区域有大量的细胞因子，因此细胞因子及其受体可能参与单核细胞在心肌的募集以及单核细胞向成纤维细胞分化。在小鼠心肌缺血的模型中，趋化因子导致的巨噬细胞侵润是心肌纤维化的重要因素。而且在小鼠的高血压模型中发现，血管紧张素Ⅱ以及盐皮质激素可能通过激活巨噬细胞来促进纤维化反应［26］。此外M1 型巨噬细胞分泌的IL-1β可以诱导MMP-9的表达，并促进转化生长因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）刺激成纤维细胞的增殖［26］。Lan 等提出巨噬细胞-肌成纤维细胞转化（macrophage-myofibloblast transition，MMT）的观点，该实验室发现骨髓来源的单核/巨噬细胞无论在人的肾脏疾病标本中还是单纯输尿管阻塞的小鼠肾脏纤维化模型和慢性肾移植损伤间质纤维化模型中，都可通过 TGF-β/Smad3 通路，经历 MMT 过程，最终主要以M2 表型的巨噬细胞转化为肌成纤维样细胞，加重肾脏纤维化［27-29］。Caplice 等［30］在 2003 年提出类似观点：动脉粥样硬化病人病灶中有10%表达α-SMA 的细胞来源于骨髓。接着，2009 年Stewart等［31］提出TGF-β 可诱导巨噬细胞表达α-SMA。巨噬细胞会转变为成纤维样细胞，但以哪种表型转化为主还是两种表型共同存在转化，从而促进纤维化的进展，加重心脏重构，有待更多的实验验证。

3.3 心肌细胞和干细胞分泌的外泌体介导单核/巨噬细胞发生极化，调控心梗后心肌纤维化 在心血管疾病中，外泌体传递的miRNA 通过减少心梗后心肌细胞凋亡，心肌肥大、心肌纤维化和促进新生血管参与到心脏损伤后修复过程［32-33］。Khan 等［34］发现小鼠胚胎干细胞分泌的外泌体可增加梗死后心脏血管形成和心肌细胞的存活，同时减少心肌纤维化。而人脐带间充质干细胞分泌的外泌体移植到急性损伤和纤维化的肝脏中能恢复肝功能和减少肝脏纤维化［35］。虽有文献报道干细胞外泌体对减少纤维化的作用，但并没有解释干细胞外泌体对单核/巨噬细胞促纤维化和抗纤维化双重调节作用的关系。在肿瘤微环境中却有相关报道。肿瘤环境中巨噬细胞是富集最多的免疫细胞。M1 型巨噬细胞可诱导细胞死亡而抑制肿瘤的生长，M2 型巨噬细胞刺激肿瘤的生长和组织的修复。研究发现胰腺癌细胞转染质粒表达miR-155 和miR-125b 可修饰其分泌的外泌体内容物，从而介导巨噬细胞重编程，使巨噬细胞极性发生改变，由抗炎M2 转变为促炎M1 表型，发挥抗癌作用［36］。大肠癌细胞分泌的外泌体运输RPPH1 到巨噬细胞中，介导巨噬细胞M2 表型的极化，从而促进癌细胞的新陈代谢和增殖［37］。以上说明肿瘤细胞分泌的外泌体会通过细胞间的信号转导介导巨噬细胞极化，从而影响肿瘤的进展。以此类推，心梗后心肌缺血环境下心肌细胞或骨髓来源的干细胞分泌的外泌体对巨噬细胞的极化和心肌的修复和纤维化具有重大意义，探讨心梗后不同来源外泌体诱导巨噬细胞极化在心肌纤维化过程中的作用将成为临床治疗的心梗后心肌重构的新切入点。

3.4 单核/巨噬细胞通过对血管内皮的作用和刺激其他细胞因子的分泌参与心肌纤维化 最新研究发现骨髓来源的单核/巨噬细胞作为内源性适应性反应，能够分泌内质网膜蛋白复合物10（endoplasmic reticulum membrane protein complex 10，Emc10），这种蛋白通过小G 蛋白和MAPK-MK2 通路，促进肌动蛋白的聚集、内皮细胞的迁移和血管新生，从而改善梗死小鼠心肌的血液循环，修复损伤组织和提高心脏功能［38］。Emc10 蛋白通过小 G 蛋白发挥促血管新生作用修复损伤心脏，而小G 蛋白与囊泡转运、细胞骨架的组装和微血管形成等密切相关。Emc10 为免疫反应激活下单核/巨噬细胞的分泌蛋白，与单核/巨噬细胞分泌的外泌体有什么区别和联系呢？感染HIV 病人常常激活IFN-α敏感表型的单核细胞，并且循环中具高水平的LPS，具有患心血管疾病的风险。Tang 等［39］首次在感染了 HIV 的病人中发现其单核细胞分泌的外泌体通过TLR4 和NF-KB 通路能改变内皮细胞的表达和引起机体功能紊乱，包括心血管疾病和其他慢性免疫激活反应；同时，血管内皮细胞内单核细胞通过激活NF-KB 分泌的外泌体能诱发黏附分子和细胞因子。单核/巨噬细胞分泌的Emc10 蛋白和外泌体都与内皮细胞有密切联系，两者是否会通过对内皮细胞的作用和诱发的其他细胞因子的表达对巨噬细胞的极化状态产生影响而对缺血心脏产生异曲同工之妙的协同修复作用有待更多科学实验的探究。而单核/巨噬细胞分泌的外泌体对其自身表型的转化和发挥促纤维化和抗纤维化双重调节作用是否有关鲜有报道。最新研究发现内皮细胞所处微环境的改变可影响其胞外囊泡（extracellular vesi‑cles，EVs）的释放，从而影响单核细胞的活性与巨噬细胞表型的转化：氧化低密度脂蛋白诱导的内皮细胞释放的胞外囊泡通过改变M2 表型巨噬细胞与M1表型巨噬细胞的平衡来提高单核细胞的活性；而Kruppel 样因子2 诱导内皮细胞分泌囊泡，通过加强免疫调节反应和减少促炎反应而抑制单核细胞活性［40］。巨噬细胞极化状态的改变与其分泌蛋白、外泌体是否有关更待进一步实验验证。

4 展望

心肌梗死后心室重构一直是心梗后不良预后的关键，心肌纤维化可损害心脏的收缩和舒张功能，抗心肌纤维化治疗从而减缓或者降低心室重构具有重要的临床意义。虽然目前有很多关于心肌纤维化的基础研究，但抗纤维化的明确机制还不清楚，临床上仍没有具体的抗纤维化治疗的药物。心梗后的5 d内是急性炎症的爆发期，之后炎症逐渐消退。以单核细胞的募集作为减少炎症的靶点对增强心脏修复具有保护作用［41-42］。研究发现改变巨噬细胞M1型向M2 型的转化可提高梗死后心脏的修复和功能［43-46］。单核/巨噬细胞是心梗后主要炎症细胞，通过表型的转化对梗死后心脏发挥不同的功能。以表观遗传调控巨噬细胞的极化和表型转化作为治疗靶点，通过外泌体介导细胞间的信号转导调控巨噬细胞极化状态，改变M1与M2表型的比例与其分泌物的产生，从而减轻纤维化，逆转心肌重构，将成为干预心肌纤维化发生发展的新思路与靶点。