炎性细胞在心脏纤维化中的作用

心脏纤维化是指心脏间质中胶原纤维异常沉积，胶原浓度和胶原容积分数显著增加，各型胶原比例失调以及排列紊乱，进而影响心脏的收缩和舒张功能，是高血压、心肌病及冠状动脉粥样硬化性心脏病(冠心病)等多种心血管疾病的共同病理表现，最终可导致心律失常、心力衰竭，甚至心源性猝死。预防和逆转心脏纤维化成为多种心血管疾病防治的重要目标。本文介绍炎性细胞在心脏纤维化过程中的作用。

1 心脏纤维化概述

心脏成纤维细胞是心脏损伤修复的重要细胞，也是心脏纤维化的关键细胞[1-2]。心脏成纤维细胞在受到刺激因素(如手术损伤、炎症、感染、心脏负荷过重、慢性疾病、年龄等)作用后，增殖并分化为肌成纤维细胞[3]。成熟的肌成纤维细胞除了特征性表达α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)外，还具有发达的粗面内质网和高尔基体，其合成胶原蛋白和细胞因子如白细胞介素(IL)-6的能力较心脏成纤维细胞显著增强，是参与心脏损伤修复的主要效应细胞[4]。在一般组织损伤修复的后期，肌成纤维细胞凋亡是损伤部位肉芽组织向成熟瘢痕转变的关键[5]。但心脏中活化的肌成纤维细胞能耐受凋亡，在损伤部位持续存在，使胶原蛋白及细胞因子持续合成和分泌，进而导致心脏纤维化[5]。

2 心脏纤维化过程中的信号通路

许多分子信号在心脏纤维化过程中发挥重要作用。转化生长因子(TGF)-β1和血小板源性生长因子(PDGF)是促进心脏成纤维细胞活化成肌成纤维细胞的关键因子[2]。另外，肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)的持续活化是导致心脏纤维化的重要因素[4]。血管紧张素Ⅱ可以通过结合心脏成纤维细胞上受体的直接作用和(或)通过活化TGF-β信号途径等的间接作用，刺激心脏成纤维细胞活化为肌成纤维细胞[6]。此外，活性氧(ROS)、多种趋化因子和细胞因子及其介导的信号通路也能通过直接或间接作用对心脏成纤维细胞的活化产生影响[7-11]，在多种疾病所致的心脏纤维化进程中起重要作用。

3 炎性细胞与心脏纤维化

3.1 中性粒细胞

中性粒细胞是在心肌梗死后最早向梗死区聚集的炎性细胞，其主要通过产生炎性介质和释放蛋白酶调控炎性反应。正常情况下，中性粒细胞在发挥作用后被巨噬细胞吞噬，以维持组织稳态；未被及时清除会引发组织的持续炎性反应[12]。中性粒细胞在进入损伤组织后释放组织蛋白酶G(CatG)和胃促胰酶，二者共同促进心肌细胞凋亡，加重心肌缺血再灌注(I/R)损伤，进而导致心室重构；使用此二者的抑制剂可通过调节黏着斑信号通路，降低心肌细胞凋亡，减轻I/R损伤后的炎性反应和心脏重构[13]。随着对CatG的深入研究，发现CatG可通过激活经典的NOD样受体蛋白3(NLRP3)炎性小体通路，刺激炎性因子释放，增加中性粒细胞、巨噬细胞和肥大细胞在心脏的浸润；同时，CatG可提高基质金属蛋白酶的活性，进而降解胶原蛋白和纤连蛋白，促使心肌细胞凋亡[14]。在非应激心脏中，CatG发挥趋化和促炎作用，导致心脏的不良重构[14]。然而，近期的研究发现，中性粒细胞除了在急性心肌梗死后发挥促炎作用外，对心肌梗死后的修复也发挥关键的调节作用。心肌梗死后，活化的中性粒细胞一方面可动员脾脏中Ly6Chi单核细胞向心脏受损区域聚集并分化成巨噬细胞；另一方面可分泌中性粒细胞明胶酶相关载脂蛋白(NGAL)，诱导心脏受损区域巨噬细胞向修复表型极化，其不仅清除凋亡、坏死的心肌细胞，还可刺激心脏成纤维细胞活化，进而间接调节纤维化的发生和发展[15]。

研究显示，中性粒细胞与巨噬细胞类似，可表达促炎和抗炎表型，在炎性反应中发挥多重作用。在心肌梗死后第一天，坏死心肌细胞释放损伤相关分子模式(DAMPs)，通过激活Toll样受体4(TLR4)使浸润的中性粒细胞表达促炎表型，释放大量促炎性因子。随着时间推移，虽然中性粒细胞促炎表型仍占主要部分，但其抗炎表型逐渐增多，进而促进炎性反应消退和组织的损伤修复，改善心室的不良重构[16]。

3.2 肥大细胞

肥大细胞具有免疫监视和免疫调节作用[17]。在心肌梗死区域、心肌病的肿胀缺血区域以及高血压和瓣膜病所致的肥厚心脏中均发现肥大细胞数量增多和功能增强[18]。研究显示，心肌梗死后白色脂肪组织中的肥大细胞祖细胞向心脏聚集，在血清反应因子(SRF)的作用下增殖分化为成熟的肥大细胞，以维持心脏功能[19]。肥大细胞数量和活性的增加，会导致心肌纤维化、心室重构和心力衰竭[20]。浸润的肥大细胞分泌大量与纤维化有关的介质，包括组胺、肥大细胞特异性的蛋白酶、类胰蛋白酶、糜蛋白酶以及细胞因子等[17]。通过这些因子，肥大细胞可促进心脏成纤维细胞的活化和胶原蛋白的合成[21]。另外，肥大细胞还可通过调节间充质干细胞(MSC)的增殖和分化影响心脏纤维化。在心肌梗死早期，肥大细胞释放PDGF，激活MSC中PDGF受体(PDGFR)通路，下调微小RNA(miRNA)-145/143，抑制Kruppel样因子4(KLF4)表达，活化胞外信号调节激酶(ERK)，从而促进MSC的增殖并抑制其成肌分化。在心肌梗死后期，大量的MSC聚集到心脏，分化成为肌成纤维细胞，促进梗死区域的修复[22]。

3.3 T淋巴细胞

T淋巴细胞可分为CD4+和CD8+T细胞。研究证实，T细胞在介导心肌纤维化中发挥重要作用，其中以CD4+T细胞为主。根据其表型和分泌的细胞因子的不同，CD4+T细胞可进一步分为辅助性T细胞(Th)1、Th2细胞、调节性T细胞(Treg)以及Th17细胞等[23]。研究显示，不同的淋巴细胞亚群在调节心脏修复中发挥不同作用[24]。

在缺血心脏组织中，有大量Th2细胞浸润[25]。由于Th2细胞可合成并分泌大量的IL-4和IL-13，在缺血心脏组织中IL-4和IL-13的水平也显著升高[25]。IL-4和IL-13能诱导单核/巨噬细胞分化，加重心脏的纤维化[25-27]。在左室压力超负荷模型中，活化的Th1细胞通过整合素α4黏附于心脏成纤维细胞上，并以γ干扰素(IFN-γ)依赖的方式刺激成纤维细胞自分泌TGF-β，进而使其自身活化为肌成纤维细胞，促进纤维化的发生发展[28]。Th17细胞在自身免疫性心肌炎模型中具有促纤维化作用[29-30]。Th1和Th17细胞促进心脏纤维化，而Treg细胞则抑制心脏纤维化和心脏重构，其作用机制可能是通过调节巨噬细胞活性、影响心肌细胞存活和成纤维细胞表型[23]。

在正常生理条件下，存在于心脏周围的T细胞是维持胶原蛋白稳态的必要条件，但在病理条件下，如在链脲佐菌素诱导的糖尿病模型中，T细胞通过激活心脏成纤维细胞中的纤维化相关信号通路，促使胶原蛋白沉积，诱导心肌纤维化[31]。另外，在心力衰竭引起的病理性心肌肥厚中，T细胞通过调控巨噬细胞极化增加心肌凋亡，刺激心脏纤维化[30,32]。这表明T淋巴细胞能够通过直接或间接作用影响心脏纤维化的发生和发展。

3.4 B淋巴细胞

有关B淋巴细胞在心脏纤维化中作用机制的研究相对较少。心肌损伤后，CD19+CD11b+B细胞浸润增加，通过分泌趋化因子和细胞因子，介导Ly6C+单核细胞聚集，加重心脏的不良重构[33]。另外，B细胞能够通过合成和分泌的免疫球蛋白M(IgM)及IgG对心肌细胞和心脏成纤维细胞发挥间接作用，导致心肌细胞凋亡、胶原沉积、心脏肥大以及心室功能紊乱[34]。此外，B细胞亚群[B1、B2和调节性B细胞(Breg)]比例的失调可造成促炎性因子TNF-α、IL-1β和IL-6的表达增加及抗炎性因子IL-10的表达降低[34]。在主动脉缩窄模型中，由CD20介导活化的B细胞发生两方面变化：(1)促进核因子信号通路核因子κB(NF-κB)激酶抑制剂(IKK)α/β/NF-κB的激活和促炎性因子的表达；(2)促进Th2细胞因子(IL-4、IL-5和IL-10)的表达，并产生IgG。这两方面共同促进纤维化TGF-β/Smad2/3信号通路的活化，进而促进心脏纤维化的发生和发展[35]。

3.5 单核/巨噬细胞

巨噬细胞是心脏中的主要免疫细胞，主要来源于胚胎卵黄囊祖细胞和胚胎期单核细胞，在稳态时能自我增殖而不需要外周血中单核细胞的补充。当心脏受到损伤因素刺激后，巨噬细胞的增加主要源于外周血单核细胞的浸润。脾脏CCR2+Ly6Chi单核细胞在CC趋化因子配体2(CCL2)/单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)的作用下首先向心脏聚集，发挥促炎和吞噬作用[24,36]。

根据功能和表型的不同，巨噬细胞可分为经典活化(M1)型细胞和选择性活化(M2)型细胞，后者进一步分为M2a、M2b和M2c等亚群。体内实验发现，IL-4靶向增加M2型巨噬细胞的数量，使成纤维细胞活化增加，形成更多纤维组织。然而，在巨噬细胞与成纤维细胞的共培养实验中发现，M1型巨噬细胞促进成纤维细胞活化，而M2型巨噬细胞可促进成纤维细胞增殖并阻止其活化[37]。原因可能是在心脏修复过程中，巨噬细胞的变化更为复杂。M2型巨噬细胞通过减轻炎性反应，保护心肌细胞，促进新生血管形成，并介导心肌梗死后心脏修复[38]。M2b巨噬细胞移植到I/R损伤小鼠心脏中可显著改善心肌损伤和纤维化，其机制是NF-κB活化后诱导TNF-α诱导蛋白3(A20)表达，后者通过负反馈抑制NF-κB的活化，进而抑制细胞凋亡，改善心脏纤维化[39]。

4 靶向炎性细胞防治心脏纤维化的策略

有关炎性细胞对心脏纤维化的影响及作用机制的研究，为靶向炎性细胞防治心脏纤维化的治疗策略提供了理论基础。炎性细胞调控心脏纤维化的作用机制包括：(1)产生与纤维化有关的细胞因子、趋化因子和生长因子；(2)合成和分泌细胞外基质蛋白、蛋白酶及蛋白酶抑制剂调节细胞外基质蛋白水平；(3)影响心脏成纤维细胞的增殖和分化。

靶向敲除免疫细胞受体，如敲除T细胞中鞘氨醇1-磷酸受体1(S1P1)，可导致T细胞缺乏，减轻糖尿病心脏纤维化程度[31]。通过中性抗体阻断免疫细胞表面的相关蛋白，造成免疫细胞的缺乏或功能抑制，如对主动脉缩窄小鼠静脉注射抗B细胞表面分子CD20的抗体，可抑制B细胞活化，进而抑制心脏纤维化[35]。将体外诱导的M2b型巨噬细胞注射到心脏缺血区域，可明显抑制心脏纤维化的发生和发展[39]。

5 展望

心肌梗死、心脏外科手术、高血压、心肌病、毒性因子(酒精和蒽环类药物)以及代谢紊乱(糖尿病和肥胖)都能促进心脏纤维化的发生和发展[2,4,40]。炎性细胞浸润与活化在心脏纤维化过程中发挥重要作用，其数量和功能变化均会影响心脏纤维化的进展。炎性细胞能够通过释放纤维化相关因子，直接或间接调控心脏成纤维细胞的分化，影响心脏纤维化。对炎性细胞的调节可成为治疗心脏纤维化相关疾病的重要策略。