巨噬细胞在心肌损伤修复中的调控机制研究进展

朱鑫泰 综述 沈振亚，陈维倩 审校

1.苏州大学附属第一医院心脏大血管外科，江苏 苏州 215000；

2.苏州大学心血管病研究所，江苏 苏州 215000

心脏、血管和血液构成了人体重要的循环系统，它不仅可以将营养物质、氧气及各种调节分子输送到全身各个细胞中，而且可以将细胞内的代谢废物输送出去。心脏主要由心肌细胞构成，而心肌细胞的再生能力很差，通常严重的心肌损伤会导致不可逆的心脏重塑及功能障碍。因此，只有充分地理解心肌损伤后引发的炎症与修复的机制才能找到更好的改善方法。心脏损伤后的炎症发生、发展及修复是由多种免疫细胞(中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞、自然杀伤细胞以及T、B淋巴细胞)共同参与的[1]，其中巨噬细胞是免疫反应的中央调节器，能产生大量炎性细胞因子，驱使不同炎性细胞向炎症组织浸润，最终改善心脏炎症及纤维化。

1 巨噬细胞的分类及其相关炎性因子

1.1 巨噬细胞的功能及分类 巨噬细胞在机体中主要有三个功能:宿主防御、伤口愈合及免疫调节。其中参与宿主防御的主要为经典激活型巨噬细胞(促炎巨噬细胞，统称M1 巨噬细胞，简称M1)，而参与伤口愈合及免疫调节的主要为交替激活型巨噬细胞(包括伤口愈合性巨噬细胞及调节性巨噬细胞，统称M2巨噬细胞，简称M2)[2]，大量研究证明M2 巨噬细胞的范畴已经扩大到包括所有非M1巨噬细胞。

1.2 巨噬细胞相关的炎性因子 促炎巨噬细胞相关的炎性因子有C-C基序趋化因子配体15(Chemokine C-C motif Ligand 15，CCL15)、CCL20、诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase，iNOS)、白细胞介素-1(IL-1)、IL-2、IL-6、IL-12、IL-23、C-X-C基序趋化因子配体9 (chemokine C-X-C motif ligand 9，CXCL9)、CXCL2、CXCL10、CXCL11、C-X-C基序趋化因子受体4 (chemokine C-X-C motif receptor 4，CXCR4)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、干扰素-γ等。伤口愈合性巨噬细胞相关的炎性因子：CCL18、CCL17、CCL22、CXCL4、IL-4、IL-13、IL-35、转化生长因子β(transforming growth factorβ，TGFβ)等。调节性巨噬细胞相关的炎性因子有CCL1、CCL2、IL-10、CXCL5、糖皮质激素、G蛋白偶联受体、凋亡细胞等。

2 巨噬细胞与受损心肌的修复

根据巨噬细胞作用将心肌损伤后的时期分为前期促炎期和后期修复期两个时期，因此降低前期促炎反应或加强后期修复反应对减轻心肌损伤及促进损伤愈合显得尤为重要。

2.1 M1 与受损心肌的修复 以往研究证实M1在受损心肌中有抑制心肌修复的作用，早在2013年的一项研究中发现胸腺素β4-亚砜(thymosinβ4-sulfoxide)是受损心肌抗炎过程的指导性趋化信号，其通过在受损部位抑制干扰素-γ生成引发M1 耗竭，从而促进伤口愈合[3]。后来MOHAMMADIPOOR等[4]发现斯钙素-1(stanniocalcin-1，STC-1)不仅能降低受损心肌中CD14、TNF-α、CXCL2、IL-1β和髓过氧化物酶的水平，还抑制了分化的M1 对CD14 配体脂多糖(LPS)的反应，进而降低促炎反应。2019 年的一项研究证明外源性CXCL4 的输注会通过基质金属蛋白酶-9(matrix metalloproteinase-9，MMP-9)降低CD36 受体水平，进而通过作用于CXCR4促进M1的募集导致炎症加重[5]，而CXCR4拮抗剂可以减弱M1引起的促炎反应[6]。研究发现在M1 中，Yes 相关蛋白(Yes-associated protein，YAP)和具有PDZ 结合基序的转录辅激活子(transcriptional coactivator with PDZ-binding motif，TAZ)的过表达可通过增加IL-6来促进炎症反应，而YAP/TAZ基因的缺失可导致促炎反应受损和修复反应增强[7]。另一项研究发现受损心肌中的巨噬细胞通过高度表达Sestrin2(一种调节代谢稳态的应激诱导蛋白)从而抑制mTORC1 信号，进而抑制M1 的促炎反应[8]。有研究证实M1 通过释放大量促炎性外来体(M1-exosomes，M1-Exos)来抑制Sirt1/AMPKα2-内皮一氧化氮合酶和RAC1-PAK2信号通路，从而降低血管内皮细胞的生成能力进而加重心肌损伤[9]。另有研究发现LGR4(leucine-rich repeat-containing G protein-coupled receptor 4，LGR4)通过调节M1 的生成及其促炎反应对抗心肌梗死后的心脏修复[10]。这些巨噬细胞的调控方式为心肌损伤的预防和治疗提供了方向。

2.2 M2与受损心肌的修复 有关T淋巴细胞的一项早期研究表明，耐受性树突状细胞在心肌梗死组织中通过激活调节性T细胞(Tregs)改善心肌重塑及功能[11]，这可能与Tregs或TH2型细胞调控受损心肌组织中巨噬细胞向M2分化有关。在2014年的一项实验中证实了CD4+Foxp3+Tregs在受损心肌中确实可以诱导巨噬细胞向M2分化，通过分泌大量M2相关衍生蛋白并激活肌成纤维细胞促进伤口愈合[12]。为了证明Tregs 是因为分泌IL-10 发挥抑制炎症的作用，研究者通过对照实验证明IL-10 可促使巨噬细胞向M2 分化[13]。后SHIRAKAWA 等[14]发现IL-10 的一种作用机制为，刺激CD11b+Ly6G-粒细胞通过信号转换器和转录激活剂3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)酪氨酸磷酸化途径分化为产生骨桥蛋白(osteopontin，OPN)的半乳糖凝集素-3hiCD206+(Galectin-3hiCD206+)巨噬细胞(一种M2)，而缺乏CD39 的心梗组织通过细胞外ATP 和IL-4 的增加类似地驱动了CD301+和CD206+修复型巨噬细胞(一种M2)的生成，这几类巨噬细胞在受损心肌中均有着较强的修复功能[15]。基于以往实验证实CX3C 趋化因子受体1(CX3CR1)在免疫分辨和伤口愈合中的关键作用。TANG 等[16]证明前列腺素(prostaglandin) P2/(E-prostanoid)Ep3 通过促进TGFβ1生成从而增加Ly6Clow巨噬细胞中CX3CR1的表达和血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的分泌，进而促进修复性Ly6Clow巨噬细胞(一种M2)的迁移和受损组织周围血管的生成。类似的研究发现12/15脂氧合酶(12/15 Lipoxygenase，12/15 LOX)量的降低通过促进M2生成激活Ep4信号，同样促进了受损心肌的愈合[17]。另一项研究证明IL-35通过STAT1和STAT4的磷酸化途径激活巨噬细胞中CX3CR1 的转录，进而促进修复性巨噬细胞亚群Ly6Clow的存活和细胞外基质沉积，促进伤口愈合[18]。而受损心肌中IL-13[19]、IL-35 的消除使得心梗后组织愈合和重塑发生恶化[18]。在心肌损伤早期炎症的研究中发现，β2肾上腺素能受体通过激活蛋白1 相关β-arrest 2 信号通路不仅调节趋化因子受体2(chemokine C-C motif receptor 2，CCR2)的表达，而且调节其对CCL2的反应，进而驱动M2向受损心肌的募集[20]；后来WANG等[21]发现在心梗组织中加入了合成的o-透明质酸(＜10 个二糖单位，hyaluronan oligosaccharides，o-HA)也可以通过激活趋化因子CCL2和CXCL5 改善M2 的极化。LIM 等[22]在2021 年发现M2 通过增加金属蛋白酶14 (matrix metalloproteinase 14，Mmp14)的表达激活其内部的TGFβ1，从而导致内皮-间充质转化(endothelial-to-mesenchymal transition，EndMT)，对心脏修复和重塑产生较大贡献[23]。近些年一些新的研究发现硫化氢(H2S)可以通过增强线粒体生物发生和脂肪酸氧化诱导M2极化[24]；另一项研究发现含血红素的巨噬细胞靶向脂质载体通过激活血红素氧化酶-1(heme oxygenase-1，HO-1)将巨噬细胞转化为抗炎表型，并促进心肌梗死组织的愈合和修复[25]。过去有研究人员在骨髓来源的单核与巨噬细胞中提取到了一种具有治疗潜力的旁分泌蛋白-髓源性生长因子(myeloid-derived growth factor，MYDGF)，其为19号染色体上开放阅读框编码的分泌蛋白[26]，后来研究证实其通过激活c-Myc/FoxM1 途径促进心肌细胞和血管增殖，从而减轻心肌梗死后的收缩功能障碍[27]。

2.3 M1、M2的协同作用与受损心肌的修复 心肌损伤后的愈合涉及炎性Ly6Chigh (M1)及修复性Ly6Clow(M2)巨噬细胞的双相作用。过去有研究者发现脂蛋白相关磷脂酶A2 (lipoprotein-associated phospholipase A2，Lp-PLA2)通过增加炎性因子TNF-α、IL-1β、IL-6 和促炎性Ly6Chigh 巨噬细胞破坏炎症和修复之间的关系来抑制心肌修复，而Lp-PLA2 消除后的心梗组织则出现大量修复性Ly6Clow巨噬细胞，从而降低损伤处的炎症反应并促进修复[28]。HAN 等[29]发现氧化石墨烯(graphene oxide，GO)不仅可以作为抗氧化剂通过减少细胞内活性氧来减轻巨噬细胞的M1分化，还可以作为IL-4 质粒DNA 的载体刺激M2 生成；另一研究发现n-炔丙基咖啡碱(N-Propargyl Caffeamide，PACA)通过激活Nrf2/HO-1 通路并减弱LPS 对NF-κB 的激活，同样促进M1 向M2 极化，有效地减小了梗死心肌面积[30]。传统人们认为吡格列酮是一种过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferator-activated receptor-gamma，PPARγ)激动剂，而最新一项实验证明纳米颗粒(nanoparticle，NP)介导的吡格列酮通过抑制M1 募集及其促炎反应并促进M2生成从而减轻心脏炎症[31]。在近些年的一些研究中，RIENKS 等[32]发现，单核细胞中Semaphorin 3A (Sema3A)蛋白表达的增加使得CX3CR1 的表达增加，后者不仅调节M1 向着诱导凋亡方向的转变而改变促炎状态，而且调节M1向M2极化；后来CAO等[33]发现，心肌损伤产生的核酸能激活并分泌环GMP-AMP 合酶(cyclic GMP-AMP synthase，cGAS)，而cGAS的缺乏消除了关键炎症因子(如iNOS)的诱导作用，同样促进巨噬细胞向M2 方向转化。LI 等[34]最新发现，巨噬细胞表达的低氧诱导有丝分裂因子(hypoxia-induced mitogenic factor，HIMF)通过激活STAT1 和STAT3 信号促进M1并抑制M2极化来负调节心肌修复，因此可以通过靶向清除HIMF 促进M2 生成以改善急性心肌损伤。另外ZHAO等[35]在其研究中发现间充质基质细胞衍生的外来体(mesenchymal stromal cell-derived exosomes，MSC-Exo)通过穿梭miR-182 促使M1 向M2 极化以减轻心肌损伤。最新研究表明，转录因子Nur77可介导炎症性Ly6Chigh 巨噬细胞向修复性Ly6Clow巨噬细胞转变，而钙结合蛋白S100A9 可在心梗机体内增加Ly6Chigh 单核细胞中转录因子Nur77 的生成和活性，但分析结果表明，短期阻断S100A9 生成较长期阻断S100A9更能在心梗后炎症期改善炎症及心脏长期功能[36]。此外另有研究表明，中性粒细胞分泌体中的关键诱导剂-中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白(neutrophil gelatinase-associated lipocalin，NGAL)可以诱导巨噬细胞向介导凋亡细胞清除的M2方向分化[37]；后来EGHBALZADEH 等[38]发现中性粒细胞胞外陷阱(neutrophil extracellular traps，NETs)在心肌缺氧条件下抑制M1 极化及IL-6、TNF-α表达，并促进M2 极化及IL-10表达，从而促进受损心肌修复。

3 干细胞与受损心肌的修复

干细胞治疗受损心肌是近年来比较热门的研究方向。2017 年的一项研究表明同种异体人类心脏衍生干细胞/祖细胞(human cardiac-derived stem/progenitor cells，hCPC)通过促进单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞的抗炎极化来促进心肌损伤后的修复[39]，其中一种机制认为：来自人类心血管祖细胞的细胞外小泡(extracellular vesicles cardiovascular progenitor cells，EV-CPC)通过降低受损心肌组织中M1、Ly6Chigh单核细胞的数量和IL-1α、IL-2、IL-6的水平，并增加M2的数量和IL-10 的水平，从而引发修复性免疫反应[40]；另一种机制认为：人胚胎干细胞衍生的心血管祖细胞(human embryonic stem cell-derived cardiovascular progenitors cells，hESC-CVPCs)在心肌损伤前期通过STAT6 途径激活M2 来促进损伤修复[41]。不同来源的间充质干细胞通过不同机制进行心肌修复，巢蛋白+心脏间充质干细胞(cardiac nestin+ mesenchymal stromal cells，Nes+cMSCs)在受损心肌组织中通过高度表达骨膜素促进M2 极化[42]；受损心肌组织中高度表达的维甲酸相关孤儿受体α(retinoic acid-related orphan receptorα，RORα)可通过促进骨髓间充质干细胞分泌血管生成素样肽4促进M2极化[43]。另有研究发现，骨髓单个核细胞(bone marrow mononu-clear cells，BM-MNCs)在IL-4 作用下能在体外有效地产生M2，M2 的受损心肌移植获得了优于BM-MNCs 直接移植的治疗效果[44]。最新研究表明，在受损心肌区域注射两种不同类型的成人干细胞及化学诱导剂，可诱导区域性CCR2+、CX3CR1+巨噬细胞(M2)积聚并改变该区域心脏成纤维细胞活性，改善心肌活动功能[45]。

4 总结

巨噬细胞在参与心肌损伤的发生、发展及修复中伴随大量炎性因子生成，通过对炎性因子的调控促使巨噬细胞趋向M2分化或抑制其M1分化可改善心肌损伤的结局，由于分化后的M1、M2之间存在转化性，也可通过调控转化介质达到相同目的。后续还将对巨噬细胞调控的修复效能行综合对比分析，找出多个修复效能较强的靶点，并探讨多靶向联合调控的修复效能。