巨噬细胞参与心肌梗死后心脏重塑及中医药对其调控作用的研究进展①

程培培 丰明会 吕 嵘 徐 明 （上海中医药大学基础医学院，上海 201203）

目前，心血管疾病仍是全球死亡的主要原因，以急性心肌梗死为首［1］。心肌梗死后会发生缺血性重塑，这种重塑是由于成纤维细胞和免疫细胞等在梗死区域募集，其表型发生转换并分泌相关因子等导致的基质重塑，进而引起心脏结构和功能变化［2］。主要涉及三个阶段，即炎症、增殖和疤痕成熟阶段。

心肌梗死发生后，损伤和死亡的细胞内源性物质通过损伤相关分子模式（damage associated molecular patterns，DAMPs）激活固有免疫系统引发无菌性炎症。这一过程由先天免疫细胞的模式识别受体介导，通过引起趋化因子和促炎因子释放募集并继而激活中性粒细胞、单核细胞和巨噬细胞等免疫细胞级联反应［3］。

巨噬细胞作为心肌梗死的主要细胞种群发挥重要作用，且不同来源和表型的巨噬细胞在此过程中发挥不同作用，精细化调控这一过程发生和发展。同时，近年中医药的心脏保护作用研究也逐渐聚焦于巨噬细胞功能调控。本文综述了近年巨噬细胞与心肌梗死后心脏重塑的关系以及中医药对其调控作用的研究进展，以期为心肌梗死后心脏重塑过程中的中医药心脏保护作用研究提供新思路。

1 心肌梗死后巨噬细胞系统双向激活

急性心肌梗死后，坏死的心脏组织通过释放炎症因子激活补体级联反应、产生活性氧（reactive oxygen species，ROS）和DAMPs 等多个过程引发急性炎症反应，如Toll 样受体（Toll-like receptors，TLRs）和核苷酸结合寡聚结构域样受体家族的胞浆蛋白3（NOD-like receptor pyrin domain 3，NLRP3，又称Nod样受体）以及炎症小体等［4］。同时多种促炎介质（如细胞因子和趋化因子）释放均可诱导炎症细胞（主要是巨噬细胞和中性粒细胞）向梗死区募集。此过程中，巨噬细胞是心肌梗死后炎症反应的主要参与细胞，并与中性粒细胞共同清除坏死细胞及产物，且可通过释放一系列促炎因子加剧局部炎症细胞聚集［5］。同时，心肌梗死发生后，巨噬细胞吞噬凋亡细胞，消化并处理凋亡细胞，避免凋亡细胞释放其内容物，从而抑制炎症［6］。另一方面，巨噬细胞通过识别凋亡细胞表面暴露的磷脂酰丝氨酸（PS，一种通常限于质膜双层内小叶的磷脂，通过吞噬细胞表面的PS 受体进行连接）诱导抗炎细胞因子（如IL-10和TGF-β）表达，抑制梗死心脏中促炎介质（如TNF-α、IL-1β 和IL-6）合成，从而减轻心肌梗死后炎症反应进一步放大［7］。可见巨噬细胞在心肌梗死后的初始阶段既是炎症发生的主导细胞，又是炎症控制的调节细胞。

2 巨噬细胞起源分类及心肌梗死后的定位

巨噬细胞前体最早在妊娠早期（胚胎第7～9.5天）出现，并在胚外卵黄囊中扩增［8］。多数组织中巨噬细胞在胚胎时期就已驻留，持续到成年，且在没有炎症的情况下通过原位增殖更新替换［9-10］。成年哺乳动物心脏在稳定状态下包含两个独立且离散的巨噬细胞群，一个是由卵黄囊巨噬细胞和胎儿单核细胞衍生的谱系，即CCR2-巨噬细胞群，包括多数MHCⅡhi、MHCⅡlo和Ly6Clow巨噬细胞，在稳定状态下不受外周单核细胞输入影响；另一个是来自循环血液中CCR2+Ly6Chi单核细胞并驻留于心脏组织间隙的CCR2+巨噬细胞群［10-11］。病理状态下，受损的心脏组织将动员因子发送到包括骨髓和脾脏在内的单核细胞储库，从而导致两个主要单核细胞亚群出现，这些亚群由Ly6C 表达描述。循环血液中的Ly6Chigh单核细胞在心肌梗死发生后3 d 内的炎症阶段募集至受伤的心脏组织，并分化为促炎巨噬细胞，MI后第4～7天，促炎巨噬细胞在胞葬作用、IL-1R配体以及微环境变化刺激下向促修复表型转变［12-14］。此外，核受体亚家族4A 组成员1（NR4A1）也能够通过抑制IL-6、TNF-α 和基质金属蛋白酶9（MMP9）家族基因表达使巨噬细胞向修复表型转变［15］。

3 心脏巨噬细胞功能分类

巨噬细胞是高度异质的细胞群，根据激活后功能和表型不同分为M1 型和M2 型［16］。由TLR 配体、IFN-γ、LPS 等诱导激活的M1 型巨噬细胞分泌大量促炎介质（如TNF-α、IL-6和IL-10）、iNOS和ROS等，促进炎症反应和病原体清除［17］；而由Th2 细胞因子IL-4/IL-13等诱导激活的M2型巨噬细胞表现高吞噬活性，并表达IL-10、IL-1 受体拮抗剂（IL-1ra），促进血管生成和组织修复［18-19］。

随着研究不断深入，将M2 型巨噬细胞细分为M2a、M2b、M2c、M2d 等［20］。IL-4/IL-13 通过Th2 免疫应答诱导M2a 细胞参与组织修复［20］；M2b 巨噬细胞可减弱心肌梗死后心肌重塑［21］；M2c 巨噬细胞能促进适应性免疫应答，抑制和调节炎症［22］；M2d细胞受到IL-10 和VEGF 刺激后高表达，促进血管生成［23］。因此，心肌梗死后不同时期的M1/M2 巨噬细胞比例失衡可能最终导致心脏不良重塑，正确及时地调节巨噬细胞极化是治疗心肌梗死有前景的靶点。

基于明确定义的刺激将巨噬细胞分类为M1/M2并不能模拟无限复杂的组织环境，因此根据细胞来源及表面抗原分类方法，巨噬细胞又可分为MHCⅡlo、MHCⅡhi、卵黄囊来源巨噬细胞和CCR2+骨髓来源巨噬细胞［8］。MHCⅡlo和MHCⅡhi巨噬细胞具有更多的血管生成性、再生性功能，而CCR2+单核细胞衍生的巨噬细胞具有促炎作用［24-25］。不难发现，这些分类方法具有重复性和不连续性，因此基于单细胞RNA 测序、质谱流式细胞术和基于表达组学、转录组学、分泌组学等技术的聚类算法可能在未来更多地揭示巨噬细胞的异质性，并更好地对其功能进行分类［26］。

4 巨噬细胞参与心肌梗死后心脏重塑的作用机制

4.1 巨噬细胞参与心肌梗死后早期炎症反应的作用机制

4.1.1 巨噬细胞参与炎症反应的作用机制 促炎Ly6Chi单核细胞渗入心肌梗死区分化为具有高吞噬和蛋白水解活性的巨噬细胞，表达CD80、CD86、CIITA、MHCⅡ、环氧合酶2（COX-2）和iNOS，并产生高水平的促炎细胞因子，如TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-12 和IL-23，促进Th1 反应［27］。从基因层面来说，Lgr4 又称GPR48，是富含亮氨酸重复序列的G 蛋白偶联受体（LGR）家族成员，介导的PKA/CREB 通路在巨噬细胞促炎激活过程中协同促进Fos 基因家族（Fosb、Fosl1、c-Fos）反式激活以增强AP-1 活性，从而促发巨噬细胞促炎反应［28］。巨噬细胞也通过旁分泌途径参与梗死区域促炎反应。如M1 型巨噬细胞在心肌梗死后释放大量促炎外泌体（M1-Exos）和促炎miR-155，后者被转移到内皮细胞抑制Sirt1/AMPKα2 内皮iNOS 和RAC1-PAK2 信号通路，降低ECs 血管生成能力，加重心肌损伤，并抑制心脏愈合［29］。由此，促炎型巨噬细胞既可通过自分泌和旁分泌途径激活促发心肌梗死局部炎症，又可直接或间接阻遏相关细胞修复作用甚至阻碍梗死区修复进程。

4.1.2 巨噬细胞参与抗炎反应的作用机制 巨噬细胞发挥抗炎作用一方面依赖于表型转变，这一过程由先天性和适应性免疫细胞（如肥大细胞、嗜碱性粒细胞和Th2 淋巴细胞）分泌的IL-4 或IL-13 介导，诱导M2 型巨噬细胞或抗炎巨噬细胞产生，这些巨噬细胞表达高水平的甘露糖受体（CD206）、IL-1R以及IL-1R 拮抗剂，产生促纤维化因子，如TGF-β 和胰岛素样生长因子1（IGF-1），从而发挥抑炎效应并促进组织修复。另一方面，M2c 亚群由糖皮质激素或IL-10 激活，并通过释放IL-10 和TGF-β 表现出强烈的抗炎特性［27，30-31］。同时，巨噬细胞也通过胞吞作用发挥非特异性免疫作用，清除细胞碎片［32-33］；并可直接分泌细胞保护因子，如IL-10、髓源性保护因子、成纤维细胞生长因子等减轻损伤［34-35］。巨噬细胞中，Smad3信号激活可介导其向抗炎表型转变，促进其吞噬作用并抑制炎症反应，从而发挥心肌梗死保护和修复作用［36］。因此，抗炎巨噬细胞激活可能是外源性的，也可能是内源性的，通过其自身免疫调节作用抑制损伤局部炎症扩散，并直接或间接调节修复性功能细胞活性，从而促进损伤组织修复进程。

4.2 巨噬细胞参与心肌梗死后心肌纤维化修复的作用机制

4.2.1 巨噬细胞通过表型转换调节心肌纤维化

巨噬细胞从最初的促炎表型转变为抗炎表型，不仅在心肌梗死后炎症阶段发挥作用，在修复阶段也起重要作用。血液循环来源单核/巨噬细胞在炎症微环境、心肌细胞与干细胞分泌的外泌体等刺激下发生表型改变，从促炎M1 型向促修复M2 型转变，双向调控心肌纤维化［37］。心肌梗死发生后，大量促炎巨噬细胞向梗死区域募集，通过吞噬作用及分泌MMPs 清除基质碎片；同时分泌促炎细胞因子，如TNF-α、IL-6 等激活成纤维细胞，后者通过分泌MMPs 促进胞外基质降解，从而使损伤局部细胞外基质重构。而修复性M2 型巨噬细胞则主要起促纤维化作用，通过分泌TGF-β1、CCL2 和CCL7 促进成纤维细胞活化和向梗死区域募集，进而促进这些细胞转分化为肌成纤维细胞合成和分泌大量胶原填补细胞坏死区，形成纤维疤痕［38］。此外，M2 型巨噬细胞也能够促进精氨酸酶合成激活谷氨酸和脯氨酸，使细胞外基质中胶原合成增加，稳定疤痕组织［39］；但有些体内外实验表明M2 型巨噬细胞起相反作用，可能因为不同M2 亚型巨噬细胞功能截然不同［40］。YUE 等［41］发现M2a 巨噬细胞是一种促纤维化表型，促进成纤维细胞激活；而M2b 巨噬细胞是一种抗纤维化表型，抑制成纤维细胞激活。

4.2.2 巨噬细胞通过miRNA 等多种旁分泌途径调节心肌纤维化 巨噬细胞通过分泌TGF-β、IL-4、IL-10、TNF-α 等细胞因子直接调节成纤维细胞分化活性。此外，近年通过跨所有细胞类型的配体-受体相互作用介导的细胞间通讯系统定量显示，miRNA在巨噬细胞-成纤维细胞通讯中发挥重要作用，促进静止的成纤维细胞向肌成纤维细胞过渡。体外分离诱导的M1 型（促炎）巨噬细胞以旁分泌方式激活心脏成纤维细胞向肌成纤维细胞转分化，且依赖于cMPs 中miR-21 的快速诱导［42］。同时活化的巨噬细胞分泌含miR-155 的外泌体，这些外泌体可被成纤维细胞摄取，并通过下调其细胞中Sos1 蛋白表达抑制细胞增殖［43］。M2 型巨噬细胞外泌囊泡中含有CircUbe3a，通过直接靶向miR-138-5p/RhoC 轴促进CFs 增殖、迁移和表型转化，也可直接加剧急性MI后心肌纤维化［44］。而巨噬细胞衍生的MMP9则可诱导心脏肥大和血管稀疏表型，并加剧心脏炎症和纤维化［45］。这种旁分泌途径对炎症和纤维化进程的影响已成为相关纤维化疾病的治疗靶点，并有待进一步探索。

4.2.3 巨噬细胞通过向成纤维细胞样分化调控心肌纤维化 巨噬细胞和成纤维细胞是参与心肌梗死后心脏愈合的两种主要细胞，除直接和间接通讯外，最近研究表明，实验性心肌梗死小鼠模型中，含巨噬细胞荧光标记蛋白的细胞表达成纤维细胞标志物如colⅠa1、FSP1 和α-SMA 等［46］。此外，越来越多的证据支持巨噬细胞通过巨噬细胞-肌成纤维细胞转变（macrophage-myofibroblast transformation，MMT）过程转化为肌成纤维细胞发挥直接纤维化作用［47］。如肾纤维化中，MMT 细胞是纤维化肾脏中产生胶原蛋白的成纤维细胞主要来源，占α-SMA+肌成纤维细胞的60%以上，这一过程主要发生于M2 型巨噬细胞，并依靠TGF-β-Smad2/3信号通路实现［48-49］。由于巨噬细胞的异质性，其转化和表型变化的联系并不明朗，此类研究值得进一步探索（图1）。

图1 中医药调控巨噬细胞参与心肌梗死后心脏重塑［50-53］Fig.1 Traditional Chinese medicine regulates macrophages involved in cardiac remodeling after myocardial infarction［50-53］

5 中医药调控参与心肌梗死后心脏重塑的巨噬细胞

中医学中关于心肌梗死的描述隶属“胸痹”“心痛”范畴。《金匮要略》概括其总病机为阳微阴弦，病因分虚实两方面；实证多为气滞、寒凝、痰浊、血瘀；虚症多见气虚、阴虚和阳虚。其治法亦遵循虚则补之，实则泻之，予以益气温阳补阴和活血化瘀祛痰等。而心肌梗死后的炎症反应是一种无菌性自身免疫反应。免疫在中医学中称为“正气”，早在两千多年前，《内经》就指出“真气从之，精神内守，病安从来”。中医药对心肌梗死后炎症反应的调控包括以下几方面：增强吞噬细胞的吞噬能力；增强细胞免疫功能；增强抗体产生能力；刺激干扰素、补体、溶菌酶等因子产生等。而巨噬细胞是人体免疫系统的重要组成，中医药对其调控作用有以下几方面。

5.1 中医药通过调控巨噬细胞极化抑制心肌梗死后炎症反应，促进纤维化修复 中医药是调控巨噬细胞极化的重要手段。巨噬细胞极化在炎症反应转归过程中具有关键作用。由于其异质性，不同刺激会导致巨噬细胞向不同方向转变。M1 型巨噬细胞参与经典促炎反应，释放大量促炎因子，调节并促进Th1 型免疫应答，具有杀伤病原体和肿瘤细胞作用，但过度激活的M1 型巨噬细胞也会导致机体组织发生超常性和慢性炎症反应，可能是很多心血管慢性疾病的发病基础。M2 型为选择性活化的巨噬细胞，具有调节创伤修复和抑制炎症反应的作用。以往中医药对巨噬细胞极性转变调控的研究大量聚焦于肿瘤、冠状动脉粥样硬化等炎症性疾病，而对心肌梗死后巨噬细胞参与心脏重塑的研究很少涉及［54-59］。近年研究者逐渐意识到中医药对心肌梗死后靶向巨噬细胞调控的重要性，并取得了一系列研究成果，如LU 等［50］发现参芪颗粒通过抑制M1型巨噬细胞极化以及促进巨噬细胞向M2型转变发挥抗纤维化和促血管生成作用。ZHANG 等［60］发现改良自传统中医学中针灸的电针技术（2/15 Hz，2 mA）连续3 d 每天刺激小鼠内关穴20 min，可促进小鼠心脏巨噬细胞M2 型极化，减少受损心肌中的中性粒细胞募集，缩小梗死面积，改善心功能等。

5.2 中医药通过抑制巨噬细胞NF-κB 信号通路和NLRP3 炎症小体等减轻心肌梗死后炎症反应 NFκB是巨噬细胞内重要的核转录因子，参与机体炎症反应、免疫应答，调节细胞凋亡、应激反应等［61］。NLRP3 炎症小体激活在心肌I/R 损伤后的初始炎症反应中至关重要，能够识别PAMPs 或宿主来源危险信号分子（DAMPs），招募和激活促炎蛋白酶Caspase-1，活化的Caspase-1 切割IL-1β 和IL-18 前体，产生相应成熟细胞因子，伴随巨噬细胞和中性粒细胞浸润，进一步加剧梗死区炎症反应。DU 等［51］发现麝香酮通过抑制NF-κB 和NLRP3 炎症小体激活减轻心脏巨噬细胞介导的慢性炎症，从而改善心肌梗死小鼠心脏功能。REN等［52］发现丹参酮ⅡA通过抑制血清TNF-α水平和巨噬细胞NF-κB信号通路激活降低MCP-1 表达和心肌梗死局部炎症反应。NI等［62］发现牛蒡子苷元可通过降低促炎标志物CD86和CCR2 表达靶向干预NFAT5，抑制巨噬细胞/单核细胞炎症表型，以及通过减弱巨噬细胞迁移和分化改善心肌梗死。WANG 等［63］发现脑心通可能通过抑制NLRP3 炎症小体激活减少促炎巨噬细胞（M1型）和中性粒细胞浸润减轻心肌损伤。可见NF-κB信号通路和NLRP3 炎症小体已成为中医药干预心肌梗死后心脏重塑的相关巨噬细胞重要靶点。

5.3 中医药通过调控巨噬细胞纤维化和血管生成相关通路促进心肌梗死后心脏修复 巨噬细胞不仅参与心肌梗死后炎症反应，在随后的增殖和疤痕成熟阶段也通过表型转变发挥作用。赵艳峰等［64］发现当归可通过促进体内NO 生产抑制巨噬细胞在非梗死区浸润聚集，阻断炎症反应和反应性纤维化，从而防治乃至逆转左室重构改善心脏功能。ZHANG 等［53］发现麝香保心丸不仅可直接影响内皮细胞功能和促血管生成的信号通路，并可通过增强巨噬细胞发挥促血管生成的mRNAs 表达和蛋白释放促进血管生成。对心肌梗死后心脏愈合和血管重塑具有重要意义。中医药作用的剂型、药量及疗程见表1。

表1 中医药剂型、药量和疗程Tab.1 Dosage form， dosage and course of Traditional Chinese medicine

6 展望：靶向巨噬细胞疗法提供精准定位

深入了解巨噬细胞在心脏中的作用，尤其是其细胞来源及功能亚型，将极大有利于寻找心肌梗死后组织修复的潜在靶标。任何疗法都应靶向调控巨噬细胞功能或直接针对其特异表型，并精确剂量和严密监控以避免附带损害，尤其是不可控的炎症损伤。

尽管面临挑战，但靶向巨噬细胞仍提供了机会。纳米颗粒可能是特别适合将药物递送至巨噬细胞的新型给药系统。基于纳米制药技术构建的miR-21 纳米颗粒可靶向递送至心脏巨噬细胞并诱导其转换为抗炎、促修复亚型，最终促进血管生成、阻遏凋亡发生和改善心肌梗死后左心室重塑［65］。同时，使用类脂质纳米颗粒封装技术、系统注射的siRNA靶向递送至单核细胞，趋化因子CCR2沉默技术已步入实验研究阶段［66］。基于这一手段，特异性抑制炎症单核巨噬细胞募集，减少缺血再灌注损伤和未再灌注心肌梗死中炎症心肌损伤，是不干扰无关免疫细胞且不抑制心脏驻留细胞增殖的有效治疗手段。

操纵巨噬细胞表型可能是另一种治疗选择。其中最主要的表型转换与转录因子IRF5 相关。分离的巨噬细胞中，沉默IRF5 可将促炎M1 巨噬细胞向交替激活的M2 型转移［67-68］。研究表明miRNA 家族可通过调节极化过程中关键转录因子表达，从促炎M1 型或促修复M2 型控制巨噬细胞极化连续体，同时，miRNA 复杂地参与巨噬细胞基本功能微调，如吞噬作用、胞吞作用、炎症、组织修复等过程［69］。

目前中医药靶向调节巨噬细胞主要聚焦于对M0 型巨噬细胞向M1/M2 型极性转变及巨噬细胞炎症相关因子调节。心肌梗死后心肌纤维化是一把“双刃剑”。适度纤维化可对梗死损伤区域产生修复作用，但过度纤维化会加重心脏收缩、舒张负荷，最终引起心衰。M2型巨噬细胞与纤维化关系密切，而对其促纤维化的“量”和“度”调节研究仍待探索。结合新型药物递送技术，使用切实有效的中医药治疗手段精确调节巨噬细胞M1/M2 型转换或许是未来中医药调节心肌梗死后巨噬细胞的新方向和新靶点。