巨噬细胞功能及其在心脏疾病中作用的研究进展

董经纬 苗 柳

1.广西壮族自治区柳州市人民医院核医学科，广西柳州 545000；2.广西壮族自治区柳州市人民医院心内科，广西柳州 545000

巨噬细胞是心肌内数量最多的免疫细胞，它的主要功能包括抗原提呈、 清除细胞碎片及病原体、产生细胞因子和其他调节因子，在维持体内稳态和疾病中也起着关键作用。巨噬细胞不仅触发炎症反应，而且介导组织修复，在新生小鼠心肌损伤中介导心脏再生。 不仅如此，巨噬细胞还与心脏传导关系密切，一种解释是不同的巨噬细胞亚群具备不同的功能，发挥着损伤或修复作用[1]。 本文介绍了巨噬细胞的分类、功能以及目前在心脏疾病中的研究现状。

1 巨噬细胞概述

巨噬细胞是一种多功能的免疫细胞，分布在全身各处。它们在器官发育、炎症与组织修复、组织稳态中均起着重要作用。 20 世纪60年代，有学者提出巨噬细胞起源于血液单核细胞，是脊椎动物固有免疫系统的组成部分[2]。随着遗传谱系追踪技术的发展，小鼠巨噬细胞的发育得到了新的认识。 在早期妊娠期间[胚胎第6.5～8.5 天（E6.5～E8.5）]， 巨噬细胞作为唯一的“白细胞”首先在胚胎外卵黄囊中出现[3]。这个阶段，卵黄囊中的祖细胞只产生巨噬细胞和红细胞。 E8.5～E10.5 造血干细胞（hematopoietic stem cell，HSC）从主动脉-性腺-中肾中出现，并产生包括巨噬细胞在内的所有免疫谱系。 从E10.5 开始，造血干细胞迁移到胎肝，在胚胎发育的剩余阶段，胎肝是主要的造血器官。只有在围生期，传统的骨髓造血干细胞才成为造血的主要场所，并产生完整的免疫谱系。 在胚胎发育过程中，卵黄囊来源的巨噬细胞和HSC 来源的巨噬细胞的转录因子不同。卵黄囊来源的祖细胞独立于转录因子Myb 发育，HSC 来源完全依赖于Myb[4]。

2 巨噬细胞的分类及功能

2.1 根据巨噬细胞功能分类

巨噬细胞的分类，最早应用M1/M2 二分法，这个分类系统是建立在体外刺激系统的基础上的，该系统将巨噬细胞定义为炎症性（M1）或修复性（M2）。 其中M1型巨噬细胞代表由γ-干扰素（interferon-γ，IFN-γ）、脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）和/或促炎细胞因子等诱导的典型炎症细胞群，而M2 型巨噬细胞是指由白细胞介素4（interleukin 4，IL-4）在内的特异性细胞因子的诱导，具有抗炎修复功能[5-6]。M2 巨噬细胞可再为三种类型：M2a，由IL-4 或IL-13 诱导；M2b，由免疫复合物（immune complex，IC）和Toll 样受体诱导；M2c，IL-10 和糖皮质激素诱导。 然而，这一命名法很难应用于体内，因为细胞在体内不止这两种形式，而且巨噬细胞还可能根据环境在表型之间动态地相互转换[7-9]。 如果同时暴露在促炎和抑炎刺激的组合下，即LPS、IFN-γ、IL-4 和IL-13， 小鼠巨噬细胞获得混合激活状态， 单个细胞同时表达M1 标记（cluster of differentiation，CD86）和M2 标记CD206，而不是两极分化为不同的表型[10]。 M1 巨噬细胞是有效的效应细胞，在1 型辅助性T 细胞（T helper 1，Th1）反应中被整合，杀死微生物和肿瘤细胞，并产生大量的促炎细胞因子。 M2 巨噬细胞调节炎症反应和适应性I 型免疫，清除碎片和促进血管生成，组织重塑和修复[6]。

2.2 根据巨噬细胞起源分类

另一种巨噬细胞分类方法是根据起源，来自不同来源的细胞在功能上可能是不同的。 关于心肌组织中的巨噬细胞，最近的研究结合了谱系追踪、抛物模型、 传统的流式细胞术和单细胞转录组学技术来严格定义稳态小鼠心脏中的心脏巨噬细胞亚群。 根据细胞表面CC 类趋化因子受体2（CC chemokine receptor 2，CCR2）和主要组织相容性复合体Ⅱ（major histocompatibility complex II，MHC-II） 的表达可将巨噬细胞 分 为CCR2-MHCIIlow、CCR2-MHCIIhigh、CCR2+MHC-IIhigh 三个亚群。 CCR2-MHCIIlow 巨噬细胞来源于胚胎造血祖细胞， 在胎儿发育期间植入心脏，寿命长，通过局部增殖在整个生命周期中独立于单核细胞输入。 CCR2-MHCIIhigh 巨噬细胞来源于胎儿肝脏， 部分被循环血单核细胞取代。 CCR2+MHCIIhigh巨噬细胞全部来源于循环单核细胞，以CC 趋化因子配体2/7 （CC chemokine ligand 2/7, CCL2/CCL7）和CCR2 轴依赖的方式浸润心脏[11-12]。

巨噬细胞个体发育与组织生态位决定了巨噬细胞的功能。 在心肌组织中，CCR2-巨噬细胞调节冠状动脉发育，可能通过分泌胰岛素样生长因子刺激冠状动脉血管生成，也是新生小鼠和某些物种心肌细胞再生的关键因素[13-14]。 CCR2-巨噬细胞表达较低的炎症因子和趋化因子[12-13,15]。 抑制单核细胞和中性粒细胞浸润[16]。 CCR2-巨噬细胞中，只有CCR2-MHCIIhigh 具有抗原提呈能力[15]。 CCR2+巨噬细胞主要分泌炎症趋化因子[CCL2、CCL7、CCL17、CXC 配 体2（CXC motif chemokine ligand 2，CXCL2）及CXCL5]和促炎细胞因子[IL-1β、IL-6、肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）]，能够募集中性粒细胞及单核细胞[16]。CCR2+巨噬细胞同样具有抗原提呈能力。三种巨噬细胞亚群在体外显示出类似的吞噬能力[12]。 巨噬细胞还具有传导功能[17]，巨噬细胞通过缝隙连接与心肌细胞直接接触，去除心脏驻留巨噬细胞或巨噬细胞中的连接蛋白43，导致房室传导受损。

3 巨噬细胞在心脏疾病中的作用

3.1 心肌巨噬细胞与心肌炎

目前巨噬细胞在心肌炎中的研究， 主要针对M1及M2 极化表型， 基本上可得出M1 加重心肌炎，而M2 减轻心肌炎症。 在柯萨奇病毒B3（coxsachie virus B3，CVB3）引起的病毒性心肌炎中，早在CVB3 感染后第3 天， 巨噬细胞就被发现在心脏组织中富集[18]，并分泌丰富的IL-1β 而加重心肌炎症[19]。 过继M1 巨噬细胞显著促进了小鼠心肌炎。 将M2 巨噬细胞转移到易感雄性小鼠体内，通过调节局部细胞因子，显著减轻了心肌炎症[20]。 同样在CVB3 引起的心肌炎中，IL-13 缺乏可通过减少M2 巨噬细胞数量增加CVB3心肌炎严重程度，但不影响感染后心脏病毒复制。 M2巨噬细胞减少导致IL-1、IL-18、IFN-α、 转化生长因子-β （transforming growth factor-β，TGF-β）、IL-4 以及组胺水平显著升高、CD4+T 细胞和自身反应性抗体增高[21]。 虽然巨噬细胞从促炎性表型向修复性表型的转变被经典地定义为M1 到M2 极化， 但心脏中M1/M2 转录谱不能包括所有巨噬细胞[7]。巨噬细胞分泌促炎因子加重心肌损伤，但全部删除巨噬细胞在病毒性心肌炎（viral myocarditis，VMC）中增加了死亡率，并且在存活的小鼠心肌内，观察到了纤维化的减轻。 提示不同的巨噬细胞亚群可能发挥不同的作用。根据起源分类的巨噬细胞在VMC 及炎症性心肌的病中的作用研究相对较少。 应用CCL2 拮抗剂，VMC 小鼠急性期炎症减轻，心肌浸润的单个核细胞明显减少[22]。

3.2 心肌巨噬细胞与心肌梗死

近几十年来，急性心肌梗死的早期干预，尤其是及时再灌注治疗的增加，显著提高了生存率，尽管如此，急性心肌梗死后心室重构和随后的心力衰竭仍然是一个重大的临床挑战[23]。 巨噬细胞在心肌损伤的最初炎症反应和随后的伤口愈合中是不可或缺的。骨髓来源的巨噬细胞被募集到损伤的心肌，是心脏修复的必要条件，它们以促炎和修复表型来调节炎症和修复反应[24]。 心肌梗死后，M1 型巨噬细胞释放大量的促炎性外泌体（M1-exosomes，M1-Exos），M1-Exos 发挥抗血管生成作用，加速心肌梗死损伤，抑制心脏愈合[25]。在小鼠心肌梗死模型中，在体内输注IL-10，可通过刺激巨噬细胞向M2 型极化减轻炎症和促进心脏伤口愈合。巨噬细胞也可通过Hippo 信号通路介导炎症和修复[24]。 心肌梗死后，巨噬细胞早期表现出促炎性M1 表型，后来转为抗炎性M2 表型，这与心肌炎中的情况相似[26]。而根据起源分类，CCR2-巨噬细胞减少心梗后心脏破裂，改善伤口愈合，减轻心脏重塑[27]。 也有研究认为巨噬细胞不影响早期的梗死面积，而是影响梗死后左室重构，CCR2-巨噬细胞抑制单核细胞募集， 减少心肌梗死面积；CCR2+巨噬细胞促进单核细胞募集，促进心肌损伤[16,28-29]。 对巨噬细胞的最新见解可能为急性心肌梗死后心衰的靶向预防及治疗提供了新的机会。

3.3 心肌巨噬细胞与心律失常

心律失常是导致心源性猝死的主要因素，在人和小鼠的房室结内，存在大量的CCR2-和CCR2+巨噬细胞[30]，心肌巨噬细胞通过缝隙连接蛋白43 促进心肌细胞间信号传递，从而维持心脏冲动传导。 巨噬细胞产生的双调节蛋白是控制连接蛋白43 磷酸化和易位的关键介质[17,31]。在体内，清除心脏原驻巨噬细胞或巨噬细胞缝隙连接蛋白43 导致心脏传导受损[30]。 巨噬细胞可以促进交感神经亢进，巨噬细胞产生的促炎因子，如IL-1β、IL-6 和TNF-α 能通过循环或传入纤维激活交感神经神经系统，形成促心律失常底物，直接影响心肌电生理[32]。 心肌巨噬细胞与心律失常密切相关， 但尚不清楚各巨噬细胞亚群在不同心脏疾病中，心肌细胞信号传导中的具体作用。

4 展望

当代免疫学技术提供了巨噬细胞的新范式，人类心脏巨噬细胞也包括具有不同谱系的募集和驻留细胞亚群，在心脏稳态中有特定的功能，但确切的这些细胞在人类心肌炎、 心肌梗死和心力衰竭仍有待确定。进一步了解巨噬细胞亚群的角色及在先天性和适应性的免疫中的作用，可针对巨噬细胞介导的致病机制进行治疗，提高心脏组织修复能，成为心脏重构的药物的靶点，是心脏疾病治疗的新方向。