免疫反應(yīng)與心臟再生相關(guān)機(jī)制研究進(jìn)展

程潤(rùn)寧 王沈鑫

◆摘? 要：近年來(lái)，心血管疾病的發(fā)病率呈快速上升趨勢(shì)，而其中心肌梗死是第一表現(xiàn)，可能會(huì)引發(fā)心力衰竭。人與成年哺乳動(dòng)物的心臟在心肌受損后只能瘢痕修復(fù)，組織無(wú)法再生。斑馬魚(yú)以及新生小鼠強(qiáng)大的心臟再生能力為該領(lǐng)域研究帶來(lái)了新的方向。免疫反應(yīng)是心臟受損后的重要反應(yīng)，對(duì)心肌細(xì)胞增殖作出巨大的貢獻(xiàn)。

◆關(guān)鍵詞：心臟再生;免疫反應(yīng);心肌細(xì)胞增殖;細(xì)胞因子

心血管疾病，特別是心力衰竭（heart failure）是全球人類(lèi)死亡的主要原因之一。心力衰竭可能起源于很多病理性重構(gòu)過(guò)程，但最常見(jiàn)的情況是由心梗中已分化心肌細(xì)胞的大量缺失造成的。由于心肌細(xì)胞的增殖能力不足，哺乳動(dòng)物心臟損傷后有修復(fù)反應(yīng)而不是再生，導(dǎo)致受損的心肌組織部分以細(xì)胞外基質(zhì)取代，形成纖維疤痕。這會(huì)嚴(yán)重影響心臟的收縮運(yùn)動(dòng)，甚至導(dǎo)致死亡。在臨床上對(duì)于心肌梗死的病人除了心臟移植之外并沒(méi)有可靠的治療方法。因此，對(duì)心肌細(xì)胞再生的研究對(duì)嚴(yán)重心臟疾病的臨床治療至關(guān)重要。

斑馬魚(yú)已被證明終生具有心臟再生能力，切除心尖處20%的心臟后可完全再生，其形態(tài)功能與對(duì)照組相比幾乎無(wú)差別。除此之外，近年發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物幼體如新生小鼠（7dpi）也具有心臟完全再生能力，而7日齡后小鼠心尖部分切除后心臟形成纖維瘢痕，無(wú)法完全再生。小鼠心臟再生能力的獲得和缺失、心肌細(xì)胞的增殖、纖維瘢痕的形成和消退可能是心臟再生研究的關(guān)鍵所在。目前斑馬魚(yú)及小鼠心肌梗死模型的構(gòu)建主要有心尖切除（apical resection ，AR），心肌梗死（myocardial infarction，MI），冷凍損傷（cryoinfarction ，CI）等方法。

免疫反應(yīng)已被證明在心肌再生中發(fā)揮關(guān)鍵的作用。研究發(fā)現(xiàn)，與成年小鼠心尖切除模型相比，新生小鼠心尖切除模型受損處巨噬細(xì)胞大量募集，而招募的中性粒細(xì)胞數(shù)量較少。除了固有免疫外，對(duì)適應(yīng)性免疫在心臟再生中的作用研究較少，主要集中在巨噬細(xì)胞和CD4+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Treg）上。本文分別闡述了固有免疫及適應(yīng)性免疫反應(yīng)在斑馬魚(yú)及新生小鼠心臟再生中的作用，并且梳理相關(guān)領(lǐng)域研究進(jìn)展。

一、免疫反應(yīng)在心肌再生中的作用

新生兒和成人在心肌損傷后會(huì)立即發(fā)生急性炎癥反應(yīng)。Han等對(duì)成年小鼠心尖注射微量酵母多糖以促進(jìn)炎癥反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)急性炎癥反應(yīng)可以促進(jìn)心肌細(xì)胞增殖，而注射免疫抑制劑地塞米松以抑制炎癥反應(yīng)后，受損的心臟不能再生。血液中的中性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞被招募并浸潤(rùn)心肌受損部位，清除細(xì)胞碎片，并釋放許多細(xì)胞因子以調(diào)節(jié)損傷組織微環(huán)境。除非特異性免疫細(xì)胞的作用外，特異性免疫細(xì)胞也可以抑制炎癥反應(yīng)的加劇而參與心肌修復(fù)及心臟再生。

（一）固有免疫在心臟再生中的作用

1.巨噬細(xì)胞

（1）巨噬細(xì)胞的類(lèi)別和轉(zhuǎn)換

巨噬細(xì)胞是一種經(jīng)典的固有免疫應(yīng)答細(xì)胞，廣泛分布于全身各個(gè)組織器官之中。在不同的組織器官中巨噬細(xì)胞可以分化為不同的表型，如在腦組織中分化為小膠質(zhì)細(xì)胞，在肺泡中分化為肺泡巨噬細(xì)胞等。這種高度可塑性可能與不同器官中局部組織微環(huán)境有關(guān)。

巨噬細(xì)胞有多種分類(lèi)方式，根據(jù)來(lái)源可分為骨髓源性單核細(xì)胞分化的巨噬細(xì)胞（macrophages derived from bone marrow-derived monocytes，BMDM）和胚胎卵黃囊來(lái)源的巨噬細(xì)胞（embryonic yolk sac-derived macrophages，YSDM）。在正常生理?xiàng)l件下，人體組織內(nèi)長(zhǎng)期存在的巨噬細(xì)胞主要來(lái)自卵黃囊和胎肝;而炎癥損傷后，巨噬細(xì)胞由單核細(xì)胞在趨化因子的引導(dǎo)下招募至損傷處，分化而來(lái)。

（2）巨噬細(xì)胞調(diào)節(jié)心臟再生

成年哺乳動(dòng)物急性心肌梗死后迅速激活體內(nèi)的固有免疫，血液中的巨噬細(xì)胞表現(xiàn)為M1樣和M2樣。經(jīng)典激活促炎性M1巨噬細(xì)胞分泌TNF-α、IL-1、interferon-γ以及ROS等，促進(jìn)炎癥損傷過(guò)程，參與心肌梗死后心臟重塑、心衰等病理過(guò)程;轉(zhuǎn)化激活抗炎性M2巨噬細(xì)胞發(fā)揮抗炎作用，清除壞死細(xì)胞、細(xì)胞碎片，招募間葉細(xì)胞分泌大量胞外蛋白，形成瘢痕組織，從而修復(fù)心肌細(xì)胞。心肌結(jié)構(gòu)中膠原纖維的大量沉積以及膠原濃度的升高，可能會(huì)導(dǎo)致心臟重構(gòu)，從而引發(fā)心力衰竭。隨著微環(huán)境的變化，M1型巨噬細(xì)胞和M2型巨噬細(xì)胞維持動(dòng)態(tài)平衡，在特定刺激下還能互相轉(zhuǎn)換。

研究發(fā)現(xiàn)，成年斑馬魚(yú)心肌細(xì)胞再生過(guò)程中，巨噬細(xì)胞發(fā)揮重要的作用。Laura Bevan等于2019年用氯膦酸鹽脂質(zhì)體（clodronate liposome）分別減少早期（3dpi）和晚期損傷（7dpi）反應(yīng)中巨噬細(xì)胞的數(shù)量，從而研究巨噬細(xì)胞的功能，發(fā)現(xiàn)在早期損傷中疤痕沉積減少，晚期損傷中疤痕溶解減少，說(shuō)明在心臟再生不同時(shí)期內(nèi)，不同類(lèi)型的巨噬細(xì)胞發(fā)揮不同的作用。在心臟再生早期，tnfα+巨噬細(xì)胞促進(jìn)疤痕的沉積;而在心臟再生晚期，tnfα+巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化為tnfα-巨噬細(xì)胞，促進(jìn)膠原疤痕的溶解。

巨噬細(xì)胞還可以通過(guò)誘發(fā)炎癥反應(yīng)促進(jìn)心臟再生。Cardoso等發(fā)現(xiàn)新生小鼠在心臟損傷后，選擇性擴(kuò)增MHC-IIlow CCR2-而不是MHC-IIhigh CCR2+巨噬細(xì)胞，誘導(dǎo)心肌細(xì)胞增殖和血管生成，促進(jìn)心臟再生。研究發(fā)現(xiàn)，MHC-IIlow CCR2-巨噬細(xì)胞中IL-6，TNF-α、單核細(xì)胞趨化蛋白-1（MCP-1）等表達(dá)量遠(yuǎn)低于MHC-IIhigh CCR2+巨噬細(xì)胞，可能有助于心肌再生。另一項(xiàng)通過(guò)過(guò)表達(dá)CCL（CCR2 ligand）誘導(dǎo)CCR2+巨噬細(xì)胞在心臟中大量浸潤(rùn)的研究發(fā)現(xiàn)，左心室擴(kuò)大并且功能障礙得到改善，心臟血管重新生成，表明CCR2+巨噬細(xì)胞可能在心肌細(xì)胞損傷修復(fù)中發(fā)揮雙重作用。李燕等發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞通過(guò)分泌Mydgf（Myeloid-derived growth factor），激活心肌細(xì)胞中的PI3K-Akt信號(hào)通路，從而促進(jìn)心肌損傷的新生小鼠發(fā)生心肌細(xì)胞增殖。除此之外，巨噬細(xì)胞可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)皮樣細(xì)胞，這可能也是巨噬細(xì)胞誘導(dǎo)血管生成的關(guān)鍵之處。

2.中性粒細(xì)胞

中性粒細(xì)胞是外周血白細(xì)胞中的主要成分，是參與炎癥及過(guò)敏反應(yīng)的關(guān)鍵效應(yīng)細(xì)胞。中性粒細(xì)胞表面的趨化性受體使其可被IL-8等招募至損傷部位，以多種途徑發(fā)揮作用。然而，在炎癥反應(yīng)的過(guò)程中，中性粒細(xì)胞可能會(huì)通過(guò)吞噬、脫顆粒（釋放活性氧、溶酶體酶等）以及中性粒細(xì)胞外誘捕網(wǎng)（neutrophil extracellular traps，NETs）的釋放損傷機(jī)體組織。

中性粒細(xì)胞在心臟再生中有兩方面的作用。一方面，中性粒細(xì)胞會(huì)促進(jìn)心臟損傷后的急性炎癥反應(yīng)。心肌損傷后，中性粒細(xì)胞快速在損傷部位募集并釋放S100A8和S100A9等警告分子。這些警告分子可能會(huì)結(jié)合中性粒細(xì)胞表面的Toll樣受體4（TLR4），從而引發(fā)炎癥小體生成并分泌IL-1。分泌的IL-1與骨髓中在祖細(xì)胞或造血干細(xì)胞上的受體進(jìn)行相互作用，刺激中性粒細(xì)胞生成。另一方面，中性粒細(xì)胞可以通過(guò)過(guò)氧化物酶的分泌，抑制損傷處過(guò)氧化氫的積累和爆發(fā)，對(duì)炎癥消退有著積極的作用。

二、適應(yīng)性免疫應(yīng)答在心臟再生中的作用

1.T細(xì)胞

（1）T細(xì)胞亞群

初始T細(xì)胞經(jīng)雙信號(hào)活化后，在不同局部微環(huán)境下誘導(dǎo)分化為效應(yīng)細(xì)胞，并形成不同功能的T細(xì)胞亞群。CD4+T細(xì)胞可受不同細(xì)胞因子的影響分化為T(mén)h1、Th2、Treg和Th17等亞群;CD8+T細(xì)胞可經(jīng)兩種方式分化為CTL。

Treg細(xì)胞是一類(lèi)以發(fā)揮免疫抑制功能為主的T細(xì)胞亞群，表型特征因子為Foxp3、CD25、CD4，在機(jī)體免疫調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要的作用。Treg細(xì)胞分泌IL-10、IL-35、TGF-β等細(xì)胞因子，從而可以抑制T細(xì)胞活化;也可以上調(diào)IL-2受體的表達(dá)，抑制IL-2與其他T細(xì)胞亞群結(jié)合，從而影響增殖活化。

（2）T細(xì)胞調(diào)節(jié)心臟再生

Tania Nevers等于2015年發(fā)現(xiàn)T細(xì)胞在左心室的招募是小鼠心衰條件下發(fā)生心臟重構(gòu)的關(guān)鍵因素，其中Th1、Th2、Treg、Th17和CTL都在心室重構(gòu)中起重要作用。Th1和Th2可以通過(guò)產(chǎn)生細(xì)胞因子，調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的激活和轉(zhuǎn)化，從而在心臟重構(gòu)過(guò)程中發(fā)揮作用。Th17分泌的細(xì)胞因子IL-17可以促進(jìn)心梗后的炎癥反應(yīng)，可能是人類(lèi)缺乏心臟再生能力的原因之一。

盡管大多數(shù)輔助性T細(xì)胞在心肌再生中的研究較少，調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Treg）已被證實(shí)在心肌再生中發(fā)揮作用。趙文靜等發(fā)現(xiàn)新生小鼠心尖切除處Foxp3蛋白表達(dá)水平增加，Treg細(xì)胞富集，且使用白喉毒素（diphtheria toxin，DT）特異性敲除Treg細(xì)胞后心肌再生能力丟失。進(jìn)一步研究表明，敲除Treg細(xì)胞組相比對(duì)照組IL-10、IL-13、TGF-β等抑炎因子表達(dá)明顯降低，而IL-6、TGF-α等促炎因子表達(dá)上調(diào)，提示Treg細(xì)胞可能會(huì)參與心肌受損后炎癥消退的過(guò)程。Jiatao Li等[11]于2019年利用NOD/SCID小鼠發(fā)現(xiàn)固有免疫不足以完成心臟再生過(guò)程，而Foxp3+Treg細(xì)胞可以通過(guò)產(chǎn)生旁分泌因子（paracrine factors）促進(jìn)NOD/SCID小鼠心肌細(xì)胞的增殖。

三、總結(jié)與展望

心血管疾病中心力衰竭的主要原因是心肌細(xì)胞的丟失，故將來(lái)治愈其的根本策略是用心臟再生醫(yī)學(xué)方法補(bǔ)充丟失的心肌細(xì)胞。斑馬魚(yú)等低等脊椎動(dòng)物終身具有心臟再生能力，新生哺乳動(dòng)物也存在相似現(xiàn)象，然而成年人心肌損傷后心臟修復(fù)再生能力很差。免疫反應(yīng)是心肌損傷后的重要反應(yīng)，其在再生模型和非再生模型中的不同表現(xiàn)可能可以幫助理清心肌再生的機(jī)制，并為轉(zhuǎn)化為臨床手段干預(yù)人心臟再生帶來(lái)新的希望。

參考文獻(xiàn)

[1]談?dòng)拢钾懾?炎癥反應(yīng)在心肌再生中的作用[J].中國(guó)比較醫(yī)學(xué)雜志，2020，30（11）：128-132.

[2]顧文超，周曉慧，林芳，范慧敏.T細(xì)胞亞群在心室重構(gòu)中的作用研究進(jìn)展[J].中國(guó)比較醫(yī)學(xué)雜志，2017，27（10）：85-88.

[3]馮劍波，武明花，李桂源.調(diào)節(jié)性T細(xì)胞與膠質(zhì)瘤的免疫治療[J].中國(guó)生物化學(xué)與分子生物學(xué)報(bào)，2015，31（02）：135-139.