心肌梗死后造血系统的变化＊

吕慧珍，艾玎†

①天津医科大学 生理与病理生理学系 天津市代谢病重点实验室，天津 300070；②中国医学科学院血液病医院(中国医学科学院血液学研究所) 实验血液学国家重点实验室，天津 300020

急性心肌梗死是因冠状动脉供血中断引起的急性、持续性局部缺血、缺氧引起的心肌坏死。近年来，我国急性心肌梗死的发病率呈明显上升趋势。虽然当前通过内科介入治疗或外科搭桥手术可以再通阻塞的冠状动脉，但是仍有一部分患者在冠状动脉再通后发生负性心脏重塑，最终导致严重心力衰竭甚至心脏破裂。因此，研究缺血性心脏疾病的修复过程、寻找早期干预措施具有重要意义。免疫炎症反应在心血管疾病中的作用已被广泛报道。巨噬细胞、中性粒细胞等免疫细胞在心肌缺血的早期即参与了疾病的进程。

造血干细胞是具有高度自我更新能力和自我复制能力并能够分化成所有类型血细胞的前体细胞。心肌梗死会导致组织的丢失和心脏功能的损害，剩余的心肌细胞无法重建坏死组织，梗死后心脏随时间延长而恶化。远处的干细胞感觉到靶器官损伤并迁移到损伤的部位，发生交替的干细胞分化。目前国内外开展了大量干细胞移植促进心肌再生的基础和临床研究，干细胞移植技术可能成为治疗心肌缺血坏死和心力衰竭的有效措施。

1 心肌梗死后造血干祖细胞的表型及其功能

1.1 骨髓来源的造血干祖细胞变化与功能

在急性心肌梗死症状发生几小时后，循环中造血干细胞和内皮祖细胞数目显著增加并达到峰值，参与急性心肌梗死后自发的修复过程。在这基础上开展的干细胞疗法，有助于治疗心肌梗死后心肌的再生和修复[1]。研究表明，局部骨髓细胞可以新生心肌，改善冠心病的愈合[2]。在动物模型中，受损的心肌骨髓细胞可作为祖细胞的来源，具有归巢、分化以及代替心肌坏死细胞的能力。向受损心肌注射或动员的骨髓细胞可表现为心肌干细胞，基于干细胞的可塑性，其可继续分化为心肌细胞、内皮细胞和平滑肌细胞等，进而产生肌细胞和修复血管结构，改善梗死心脏的功能[3]。在此基础上，在干细胞因子和粒细胞集落刺激因子的动员下，骨髓细胞可定位于梗死区域，复制、分化并最终促进心肌修复。因此，细胞因子动员原始的骨髓细胞可能为缺血性心肌梗死等心脏病的心肌再生提供新的非侵入性的治疗策略，而对其具体分子机制的进一步研究将为心肌再生更接近临床实际提供更多机会。

心肌梗死的不同阶段(如炎症反应期、修复期、心衰期)均伴有白细胞，尤其是单核细胞和巨噬细胞的改变，心肌梗死引起的急性白细胞增多症与心血管疾病的死亡率密切相关。究其来源，主要是由于心肌损伤后炎症反应引起造血干细胞的激活，使其由静止状态转变为自我更新和增殖分化的状态。研究表明，心肌梗死后骨髓易位基因Mtg6可调控趋化因子受体CCR2+的造血干祖细胞亚群产生，使其表现出明显的骨髓分化倾向。Mtg6缺陷小鼠则会出现全身单核细胞和梗死相关巨噬细胞的水平显著降低，且伴随组织愈合能力受损和心肌梗死后的心力衰竭[4]。这为缺血性损伤后紧急造血的调控提供了见解，并通过调控心肌梗死后白细胞的输出确定了潜在的治疗靶点。

1.2 髓外造血器官来源的造血干祖细胞变化与功能

造血干祖细胞主要存在于骨髓中，并在其中分化为各类血细胞。近50年来的研究证实至少有部分骨髓中的造血干组细胞可以稳定地进入血液循环。循环中的造血干祖细胞可上调“don’t eat me”信号CD47来抵抗细胞死亡，进而通过周围组织和淋巴系统重新植入骨髓中。在一定条件下，循环中的造血干祖细胞可在骨髓外产生子代细胞，这一过程称为髓外造血。髓外造血主要发生在发育中的胚胎肝脏中，而在成人组织中主要发生在脾脏。在一些特定的疾病如肿瘤、动脉粥样硬化和心肌梗死中，脾脏的髓外造血显著增强，造血干祖细胞在脾脏红髓中大量积累，使其更倾向于髓系细胞生成。

动脉粥样硬化斑块的破裂是心肌梗死的一大诱因，而心肌梗死后脾脏中增多的髓系细胞可被募集到动脉粥样硬化斑块内，可使病变更加严重。研究发现，在ApoE-/-小鼠中，冠状动脉结扎可引起髓外造血，并在缺血后的12周仍持续存在。脾脏中产生的炎性髓系细胞可通过外周血液循环被募集到动脉粥样硬化斑块中[5]。心肌梗死可增加动脉粥样硬化斑块大小、斑块内单核细胞数量和单核细胞表型，而且心肌梗死后从动脉粥样硬化斑块中分离出来的单核细胞表达了更高水平的炎症基因[6]。临床数据显示急性心肌梗死患者PET示踪剂18F-FDG在脾脏的摄取更高。虽然18F-FDG对细胞类型并不特异，但这些结果可能提示急性心肌梗死患者脾脏细胞增殖增加[7-8]。这些研究表明，脾活化在心肌梗死后动脉粥样硬化病变炎症增加中起到一定作用，但目前临床上尚无有效的干预措施可以阻断这一过程。

心肌梗死过程中出现的焦虑、疼痛和左心室功能受损等均可增强交感神经系统的活动，相应地，产生去甲肾上腺素的限速酶酪氨酸羟化酶的水平在骨髓中显著增加。随着交感神经系统活性增强，造血干祖细胞可通过β3肾上腺素能受体信号通路离开骨髓，使得髓外单核细胞生成增多[9-10]。此外，心肌梗死会降低骨髓中造血干细胞的保留因子，如CXCL12和VCAM-1，从而促进骨髓中造血干祖细胞的释放，骨髓释放的造血干祖细胞进入脾脏，并在干细胞因子的存在下分裂产生髓系细胞。研究发现，心肌梗死后脾脏中造血祖细胞及单核细胞祖细胞的数目显著增加，而骨髓中并无明显改变。究其机制，在心肌梗死后，伴随着SCF+细胞数目的显著增加，脾脏组织中干细胞因子SCF的表达显著上调，促进了髓外骨髓细胞生成[6]。

2 心肌梗死后单核细胞亚群的表型及其功能

2.1 骨髓来源的单核细胞变化与功能

心肌梗死可激活骨髓中的交感神经，使间充质干细胞或骨髓内皮细胞产生较低水平的造血干细胞保留因子，如CXCL12，刺激骨髓祖细胞通过几个中间祖细胞阶段产生更多单核细胞(图1)。单核细胞从骨髓和脾脏释放，然后通过血液进入梗死区。

图1 心肌梗死后，随着交感神经系统活性增强，骨髓中的造血干细胞的滞留因子，如CXCL12和SCF，可促进骨髓中造血干祖细胞的释放，并在干细胞因子的存在下分裂产生髓系细胞，通过血液循环至心肌梗死部位

研究发现，通过单核细胞趋化蛋白(monocyte chemoattractant protein, MCP)激活单核细胞表面表达的CCR2使其向炎症部位募集能够实现炎症过程中单核细胞从骨髓排出[11]。实验表明，缺乏MCP-1的小鼠在心肌梗死时单核细胞募集明显减少，尽管MCP-1缺陷小鼠和野生型小鼠的梗死面积相似，但MCP-1缺陷小鼠的心室功能得到改善，从而表明单核细胞在心肌梗死后心肌愈合中的重要性[12]。另有研究表明动脉粥样硬化疾病中CCR2基因缺陷的小鼠单核细胞组织募集也明显减少[13]。尽管有大量证据表明，MCPs和CCR2对单核细胞的募集至关重要，但对于单核细胞从骨髓到血液、从血液到炎症组织的运动机制还不甚了解。心肌梗死后，骨髓和脾脏产生的循环单核细胞分两个阶段被招募至梗死区，其中第一阶段以Ly-6chigh单核细胞为主。Ly-6chigh单核细胞的招募依赖于CCR2。Ccl2和Ccl7都是CCR2的配体，在梗死心肌中高表达[12,14]。心肌梗死后Ccl7来源于缺血心肌中的B细胞，B细胞的耗竭导致心室功能改善，单核细胞活力降低[14]。在心肌梗死后单核细胞反应的第二阶段，Ly-6clow单核细胞募集依赖于CX3CR1。然而，与炎症性单核细胞的早期募集相比，梗死灶中募集的Ly-6clow单核细胞要少得多，而Ly-6chigh单核细胞在后期愈合阶段可产生Ly-6clow巨噬细胞。

急性心肌梗死后第一阶段，Ly-6chigh单核细胞产生早期炎性巨噬细胞，并通过吞噬和分泌蛋白水解酶清除损伤组织；第二阶段，Ly-6clow巨噬细胞通过促进肌成纤维细胞积累、胶原沉积和血管生成来促进伤口愈合和再生。这两个连续的单核/巨噬细胞阶段对急性心肌梗死后的愈合均有重要作用。浸润的单核细胞也可能与受损心肌细胞外基质相互作用，导致纤维连接蛋白释放[15]。纤维连接蛋白稳定梗死灶，减少梗死灶破裂。此外巨噬细胞还在器官再生中发挥作用。虽然成年哺乳动物心肌梗死会导致心室功能下降，但新生小鼠心脏在心肌梗死后可再生，而心肌巨噬细胞的耗竭阻碍了这一修复过程[16]。

2.2 髓外造血器官来源的单核细胞变化与功能

已知骨髓可产生许多单核细胞，而我们试图识别髓外单核细胞的隔室性蓄水池，因为这些蓄水池能够满足快速发作炎症的需要。通过追踪发现，脾脏是单核细胞的主要来源。造血干细胞从骨髓排出进入脾脏，引起髓外造血和单核细胞的产生。而在炎性疾病中，单核细胞在靶部位积累，又可分化为巨噬细胞或树突状细胞。小鼠在冠状动脉结扎后第1天，大约有一半的单核细胞从脾脏水库中移出，而骨髓中的单核细胞数量没有变化[17]。此外，有40%～75%的脾单核细胞进入血流并动员至梗塞区域以控制缺血性心肌的愈合[18]。

由于脾脏具有宿主髓外造血的能力，冠状动脉结扎术后数天进行脾切除手术，可显著减少梗死灶中单核细胞的数量，并导致伤口愈合受损和心力衰竭[19]。脾内单核细胞的释放依赖于β-肾上腺素受体和血管紧张素II，这表明β-肾上腺素受体阻滞剂和血管紧张素转换酶抑制剂可能通过改变白细胞动力学起作用。研究发现白细胞介素(IL)-1β可作为心肌梗死后脾脏产生单核细胞的信号触发髓外紧急单核细胞增生[20]。与在脾脏的发现类似，IL-1β似乎也能调节肝脏的髓外造血[21]。心肌梗死后肝组织中祖细胞数量明显少于脾脏，心肌梗死后4天脾切除术增加了肝内祖细胞的存在[6]。因此，梗死引起的单核细胞增多症主要是由于脾的生产增加，但其他髓外部位可能也有贡献。了解心肌梗死后调节单核细胞增多症的信号有助于设计新的治疗方法，以促进心脏愈合和限制心力衰竭。

3 心肌梗死后粒细胞亚群的表型及其功能

3.1 骨髓来源的粒细胞变化与功能

粒细胞根据其特殊颗粒的染色特性，可分为中性粒细胞、嗜碱性粒细胞、嗜酸性粒细胞，而中性粒细胞在其中占多数，其来源于骨髓的造血干细胞，在骨髓中分化发育后进入血液或组织。心肌梗死后，心脏中性粒细胞表现为促炎N1中性粒细胞和抗炎N2中性粒细胞表型，其中N2中性粒细胞与巨噬细胞表型相似。虽然N1中性粒细胞的数量增加是左室梗死的主要表型，但在心肌梗死过程中N2中性粒细胞的数量也会增加。虽然中性粒细胞计数不能提高心肌梗死的诊断能力，但它们是左心室慢性重构的预后生物标志物。

在急性炎症中，中性粒细胞不仅对于清除死亡的心肌细胞或心肌梗死后碎屑至关重要，对于消炎和协调左室组织稳态也至关重要[22]。中性粒细胞是一类很早就被招募到梗死左室的白细胞，可产生多种炎症介质(如细胞因子和趋化因子)和活性氧。实际上，肥胖和衰老的小鼠梗塞区域有更多的中性粒细胞，心肌梗死后第1天的VCAM-1水平也最高。VCAM-1是中性粒细胞-内皮细胞黏附的主要介质，它在中性粒细胞协调黏附，募集以及从循环到心肌损伤部位的迁移中发挥重要作用[25]。因此，在肥胖患者中VCAM-1介导的内皮功能障碍增加可能是增加梗死区中性粒细胞转运和募集的关键因素。研究发现N2中性粒细胞与梗死壁变薄呈负相关，表明N2中性粒细胞可能有助于防止左室壁进一步变薄，而N1中性粒细胞可能通过产生高水平的基质金属蛋白酶而使壁变薄[26-27]。此外，通过PPARγ激动剂罗格列酮将中性粒细胞编程为N2亚型可以减少脑梗死面积，这同样表明了抗炎的N2中性粒细胞的有益作用[28]。

此外，在动物模型中对中性粒细胞耗竭的研究，可以观察到梗死面积的缩小，比如在犬模型中，中性粒细胞耗竭可减少梗死面积和损伤程度[23-24]。但是目前在人类患者中还没有进行纯中性粒细胞耗竭的研究。C5a蛋白是一个重要的中性粒细胞趋化触发因子，抑制C5可以减少缺血再灌注中中性粒细胞的浸润，从而提供心脏保护模式。然而，一种与依库丽单抗相似的培克珠单抗(pexelizumab)药物虽能抑制C5分裂，但在人体心肌梗死试验中未能减少梗死面积和预期的心脏保护[29]。经测试，能够减少梗塞或具有心脏保护作用的许多药物无法复制，也无法转化为临床药物。

3.2 髓外造血器官来源的粒细胞变化与功能

骨髓中的造血干细胞和祖细胞不断产生中性粒细胞，以维持大量的循环。除了骨髓外，肺、肝和脾等其他组织部位，也是中性粒细胞的潜在宿主[30]。肺内中性粒细胞被认为参与了免疫监测[31-32]，而肝脏中的中性粒细胞被认为具有清除作用[33]。Jhunjhunwala等[34]证明腹膜植入微囊会引起嗜中性粒细胞数量的慢性增加。然而，腹膜微胶囊植入后既没有观察到骨髓中性粒细胞数目的增加，也没有观察到骨髓中增殖性髓系祖细胞的增加。相反，腹膜微胶囊植入后第1、2、4周，在脾脏中观察到较大比例的增殖性髓系祖细胞，表明脾脏中髓样细胞的产量增加。此外，脾切除术导致腹腔中的中性粒细胞数量降低，这表明在这种微囊植入模型中，脾中性粒细胞至少在一定程度上负责维持腹腔中较高的中性粒细胞数量。小鼠肺腺癌模型的初步证据表明，脾中性粒细胞及其祖细胞可能参与维持与肿瘤相关的中性粒细胞数量[35]。虽然已有研究证明髓外器官中的确有中性粒细胞的存在，但心肌梗塞后髓外器官来源的中性粒细胞有何功能仍有待进一步探究。

4 心肌梗死后其他免疫细胞的表型及其功能

心肌梗死引起心肌细胞坏死，可立即激活免疫反应，促进心脏修复。淋巴细胞由T细胞、B细胞和NK细胞组成，在心肌梗死后的先天性和适应性免疫应答中均具有广泛的作用。然而，在心肌愈合的情况下，淋巴细胞却很少受到关注。

Zouggari等[14]发现成熟B淋巴细胞通过分泌趋化因子CCL7诱导骨髓释放Ly6C+单核细胞，导致心肌损伤和不良重构。已有研究表明用骨髓细胞治疗心肌梗塞可改善啮齿动物心肌梗塞后的心脏功能，但骨髓细胞治疗的临床试验效果较差[36]。究其原因，是临床发生心肌梗塞的患者年龄较大，流式细胞仪显示老年供体骨髓中的B细胞较少。此外，B细胞耗竭会降低年轻健康供体骨髓细胞的治疗效果，植入完整或溶解的B细胞可改善心脏功能，表明B细胞在心肌梗塞后骨髓细胞治疗中起着重要的旁分泌作用[37]。

临床研究发现在ST段抬高型心肌梗死患者中，经皮冠状动脉介入治疗后24 h内循环T淋巴细胞亚群急剧下降。对这些患者的心脏磁共振评估显示，经皮冠状动脉介入治疗后1周和6个月时24 h循环T淋巴细胞数量与梗死面积呈负相关[38]。缺血性损伤后心肌修复涉及一系列炎症事件，循环中性粒细胞和单核细胞的短暂补充之后是巨噬细胞的强烈浸润。几天内，巨噬细胞逐渐从清除坏死和凋亡碎片所需的促炎的M1型表型向抗炎的M2型表型转变，表现出多种促再生功能，如基质重建和促进血管生成[39]。有报道称调节性T细胞可在愈合心肌内诱导M2型巨噬细胞极化，并与肌成纤维细胞激活和单核细胞/巨噬细胞来源的蛋白表达增加相关，从而促进伤口愈合[40]。心肌梗塞后，调节性T细胞耗竭会导致心脏功能下降以及炎性细胞大量浸润。相反，注射调节性T细胞可减少梗塞面积，保留收缩力并增加增殖性心肌细胞的数量，表明调节性T细胞可以旁分泌方式促进心肌细胞的增殖，并能改善心肌梗塞的预后[41]。

NK细胞是一种细胞毒性淋巴细胞，对急性免疫系统至关重要。心肌梗死患者的NK细胞总数和细胞比例均减少[42]。一项最新研究报道，慢性NK细胞缺乏与低度的慢性炎症有关，这表明NK细胞在动脉粥样硬化和心肌梗死的愈合中具有保护作用[43]。

5 总结与展望

心肌梗死后发展为心力衰竭的患者仍然有很高的死亡风险，限制缺血性损伤和慢性左心室重塑可预防梗塞后心力衰竭。梗死愈合可能会提供额外的治疗机会，其中短暂干预可能会对心脏功能产生持久影响。体外和体内研究表明，心肌梗塞后通过激活TGF-β调节白细胞表型和活性可协调免疫和炎症反应。TGF-β对淋巴细胞、单核细胞和巨噬细胞的影响可以是刺激性的，也可以是抑制性的，取决于环境、细胞分化状态和细胞的组织起源[44]，这突出了细胞因子的多效性。目前的研究还无法对急性心肌梗死患者使用大量的药物改良剂进行抗炎治疗。为了实现解决心脏愈合中炎症的这一特定目标，心脏病理学中的白细胞多样性和白细胞周围的环境，特别是肥胖、糖尿病和高血压与衰老相结合的环境仍有待进一步了解。这将有助于引导临床前研究重点，以了解白细胞的来源和种类，还有助于开发新的治疗方法并优化炎症的解决，并具有重要的转化价值。