巨噬細(xì)胞在心力衰竭中的作用及相關(guān)治療研究進(jìn)展

劉離香 劉永銘

心力衰竭(heart failure,HF)是一種與全身炎癥、心律失常和傳導(dǎo)缺陷引起心臟組織損傷相關(guān)的疾病。人口老齡化和急性心血管疾病發(fā)病率升高導(dǎo)致因HF住院的人數(shù)顯著增加,給個(gè)人和社會(huì)帶來(lái)了沉重的壓力和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。目前,臨床上針對(duì)HF的治療研究進(jìn)展緩慢,迫切需要開(kāi)發(fā)新的關(guān)于HF的治療策略。

巨噬細(xì)胞是人體免疫系統(tǒng)的中樞調(diào)節(jié)因子,可識(shí)別、吞噬和破壞凋亡的細(xì)胞和病原體,并產(chǎn)生先天免疫反應(yīng)。心臟駐留巨噬細(xì)胞(cradiac-resident macrophages,CMACS)被認(rèn)為是一種具有組織特異性功能的免疫細(xì)胞,是心臟主要的免疫細(xì)胞。在組織損傷或疾病的情況下,CMACS耗竭,通過(guò)募集大量的循環(huán)單核細(xì)胞浸潤(rùn)心臟,產(chǎn)生過(guò)強(qiáng)的炎癥反應(yīng),促進(jìn)心室病理性重構(gòu)和HF的發(fā)生[1]。因此,靶向巨噬細(xì)胞可能成為治療HF的新方法。本文描述了心臟巨噬細(xì)胞的異質(zhì)性及功能特點(diǎn),重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了循環(huán)單核細(xì)胞來(lái)源C-C基序趨化因子受體2(CCR2)巨噬細(xì)胞在病理性心室重構(gòu)中的不良作用,以期提高對(duì)心臟免疫學(xué)領(lǐng)域的認(rèn)知,促進(jìn)HF治療方面的進(jìn)展。

1 心臟巨噬細(xì)胞的分類

1.1 CMACS組織 駐留巨噬細(xì)胞是一組具有組織特異性功能的免疫細(xì)胞,以不同的形式出現(xiàn)在組織器官內(nèi),如肝、腦、肺、皮膚和心臟,維持著體內(nèi)平衡并修復(fù)損傷組織,如常駐在心臟組織內(nèi)的CMACS。過(guò)去的幾十年中,人們普遍認(rèn)為組織巨噬細(xì)胞均來(lái)源于骨髓造血干細(xì)胞分化的單核細(xì)胞,這些單核細(xì)胞再通過(guò)循環(huán)進(jìn)入各種組織,再分化為組織駐留細(xì)胞[2]。隨著研究技術(shù)的發(fā)展,人們對(duì)于組織駐留巨噬細(xì)胞的起源產(chǎn)生了新的理解,認(rèn)識(shí)到組織駐留巨噬細(xì)胞群是在胚胎發(fā)育過(guò)程中建立的,并通過(guò)自我更新而不是通過(guò)血液?jiǎn)魏思?xì)胞的浸潤(rùn)來(lái)維持其數(shù)量[3]。

在成年小鼠心臟中,CMACS是心臟巨噬細(xì)胞最大的亞群,根據(jù)來(lái)源分類為胚胎和循環(huán)2個(gè)亞群。循環(huán)單核細(xì)胞來(lái)源的巨噬細(xì)胞表達(dá)高水平的CCR2,因此命名為CCR2+巨噬細(xì)胞;而胚胎單核細(xì)胞來(lái)源的巨噬細(xì)胞命名為CCR2-巨噬細(xì)胞[4]。此外,基于主要組織相容性復(fù)合體Ⅱ(MHCⅡ)和CCR2的表達(dá),CMACS有3種分類:CCR2-MHCⅡlow、CCR2-MHCⅡhigh和CCR2+MHCⅡhigh[5]。MHCⅡhigh亞群富集了參與向T細(xì)胞呈遞抗原的基因,表明其參與了免疫監(jiān)視。CCR2-MHCⅡlow對(duì)凋亡/壞死細(xì)胞的攝取表明這些巨噬細(xì)胞在穩(wěn)定狀態(tài)下通過(guò)清除死亡細(xì)胞發(fā)揮平衡功能,且不誘發(fā)免疫反應(yīng)[6]。

1.2 心臟募集巨噬細(xì)胞 當(dāng)心臟發(fā)生炎癥反應(yīng)或各種原因?qū)е碌腃MACS耗竭時(shí),血液高表達(dá)淋巴細(xì)胞抗原6復(fù)合物(Ly6Chigh)單核細(xì)胞被募集到心臟,之后可以分化為具有相似表面標(biāo)志物的巨噬細(xì)胞,即單核細(xì)胞CCR2+巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)損傷部位,在炎癥早期階段表現(xiàn)為促炎表型,產(chǎn)生多種促炎細(xì)胞因子、趨化因子和基質(zhì)金屬蛋白酶[7]。在增殖和修復(fù)的過(guò)程中,Ly6C+high巨噬細(xì)胞在核受體家族4A(Nr4A)的幫助下分化為L(zhǎng)y6C+low巨噬細(xì)胞,產(chǎn)生多種抗炎因子、促血管生成因子和促修復(fù)因子,并協(xié)調(diào)組織修復(fù)反應(yīng)[8]。但是,炎癥和修復(fù)反應(yīng)的不平衡介導(dǎo)了病理性心臟重塑,為HF的發(fā)生發(fā)展提供了基礎(chǔ)[9]。

2 心臟巨噬細(xì)胞的功能

2.1 心臟駐留CCR2+巨噬細(xì)胞 心臟駐留CCR2+巨噬細(xì)胞主要通過(guò)原位增殖和來(lái)源于循環(huán)血液的Ly6Chigh單核細(xì)胞促進(jìn)和協(xié)調(diào)心臟炎癥。心臟駐留CCR2+巨噬細(xì)胞通過(guò)髓樣分化因子88(MyD88)途徑促進(jìn)循環(huán)單核細(xì)胞的募集。心臟駐留CCR2+巨噬細(xì)胞是炎性巨噬細(xì)胞,但表達(dá)的炎性細(xì)胞因子和趨化因子水平低于募集的CCR2+巨噬細(xì)胞[1]。此外,該研究還發(fā)現(xiàn),抑制心臟駐留CCR2+巨噬細(xì)胞的活性可以限制炎癥反應(yīng)和病理性心臟重塑。然而,目前我們對(duì)心臟駐留CCR2+巨噬細(xì)胞亞群的功能知之甚少,尚需要進(jìn)一步的研究來(lái)闡明。

2.2 心臟駐留CCR2-巨噬細(xì)胞 心臟駐留CCR2-巨噬細(xì)胞起源于原始卵黃囊和胎兒?jiǎn)魏思?xì)胞,在胚胎發(fā)育過(guò)程中定植于心臟,通過(guò)原位細(xì)胞的自我增殖維持細(xì)胞群體的穩(wěn)定[10]。研究表明,CCR2-巨噬細(xì)胞具有強(qiáng)大的心臟保護(hù)及修復(fù)作用,主要概括為以下幾點(diǎn):(1)促進(jìn)組織修復(fù)、介導(dǎo)心肌重塑:巨噬細(xì)胞是冠狀動(dòng)脈發(fā)育的重要介質(zhì),通過(guò)表達(dá)和分泌胰島素樣生長(zhǎng)因子(IGF)-1和IGF-2促進(jìn)血管生成,調(diào)節(jié)冠狀動(dòng)脈重構(gòu)[11]。有學(xué)者對(duì)CCR2-巨噬細(xì)胞敲除小鼠進(jìn)行擴(kuò)張型心肌病手術(shù),發(fā)現(xiàn)其術(shù)后冠狀動(dòng)脈和心室重塑加重。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),CCR2-巨噬細(xì)胞通過(guò)黏附復(fù)合物與相鄰的心肌細(xì)胞相互作用并感知機(jī)械拉伸,有助于促血管生長(zhǎng)因子的表達(dá),并通過(guò)瞬時(shí)受體電位香草酸亞型4(TRPV4)促進(jìn)冠狀動(dòng)脈血管生成[12]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),在心臟壓力超負(fù)荷的情況下,CMACS抑制纖維化并促進(jìn)血管生成[13]。這些結(jié)果表明,源自胚胎發(fā)育的心臟駐留CCR2-巨噬細(xì)胞是促進(jìn)心臟修復(fù)和調(diào)節(jié)適應(yīng)性心臟重塑的關(guān)鍵介質(zhì)。(2)維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài):CCR2-巨噬細(xì)胞還表現(xiàn)出較強(qiáng)的吞噬能力,其通過(guò)exopher(一種囊泡)吞噬清除心肌細(xì)胞內(nèi)損傷的線粒體,維持心肌細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)[14]。(3)促進(jìn)房室傳導(dǎo):房室結(jié)中存在豐富的駐留巨噬細(xì)胞,其產(chǎn)生的雙調(diào)蛋白通過(guò)EGFR/MEK/ERK途徑導(dǎo)致縫隙連接蛋白43(Cx43)磷酸化,介導(dǎo)間隙連接的正常形成,從而促進(jìn)心臟電傳導(dǎo)[15-16]。

2.3 心臟募集的巨噬細(xì)胞 心臟募集的巨噬細(xì)胞在急性心肌梗死(AMI)期間表現(xiàn)出功能異質(zhì)性。在AMI之后的早期階段,Ly6Chigh巨噬細(xì)胞產(chǎn)生并釋放大量的炎性細(xì)胞因子和趨化因子,如IL-1β、IL-6、IL-12、TNF-α和CXC基序趨化因子配體9(CXCL9),所有這些因子共同作用,促進(jìn)炎癥反應(yīng)。在AMI之后的高級(jí)階段,Ly6Chigh巨噬細(xì)胞分化成Ly6Clow巨噬細(xì)胞,主要分泌抗炎細(xì)胞因子和趨化因子,如IL-10和C-C基序趨化因子配體17(CCL17),也產(chǎn)生血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)和腫瘤生長(zhǎng)因子β(TGF-β)[17]。這些介質(zhì)共同促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)的產(chǎn)生、細(xì)胞增殖和血管生成,從而促進(jìn)組織修復(fù)。

3 巨噬細(xì)胞與HF

3.1 急性心力衰竭 目前,AMI仍是導(dǎo)致急性心力衰竭的主要原因。盡管溶栓劑和經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療提高了AMI病人的存活率,但是由于缺血和隨后的再灌注損傷,導(dǎo)致心肌細(xì)胞的不可逆損傷并引發(fā)一系列炎癥事件,最終導(dǎo)致心室不良重構(gòu)和收縮功能障礙。

Bajpai等[1]使用同基因心臟移植小鼠模型模擬心肌梗死再通后產(chǎn)生的缺血再灌注損傷,發(fā)現(xiàn)CCR2+巨噬細(xì)胞對(duì)心臟具有促炎作用,而CCR2-巨噬細(xì)胞對(duì)心臟具有保護(hù)作用。Bajpai等[6]還進(jìn)行了相關(guān)的臨床研究,其選取左心室輔助裝置(LVAD)植入病人,通過(guò)超聲心動(dòng)圖評(píng)估病人植入LVAD 6個(gè)月時(shí)的心功能,采用免疫染色法檢測(cè)病人LVAD植入時(shí)左心室心肌標(biāo)本中巨噬細(xì)胞的組成定量。結(jié)果表明,LVAD植入后6個(gè)月,與持續(xù)左心功能不全病人相比,左心室收縮功能明顯改善的病人在LVAD植入時(shí)CCR2+巨噬細(xì)胞的絕對(duì)數(shù)量和百分比較低,且CCR2+巨噬細(xì)胞百分比與射血分?jǐn)?shù)呈正相關(guān),與左室收縮壓呈負(fù)相關(guān)。因此可以推測(cè),在心臟急性損傷時(shí)抑制心臟CCR2+巨噬細(xì)胞的增殖,對(duì)心室重塑和晚期心功能恢復(fù)具有正向作用。

3.2 CHF 巨噬細(xì)胞在急性心肌損傷及心臟炎癥和修復(fù)中的作用相對(duì)明確,但人們對(duì)其在CHF中的貢獻(xiàn)知之甚少,這可能與CHF復(fù)雜的病因有關(guān)。CHF病人常是伴有多種合并癥的老年人,因此,導(dǎo)致心臟持續(xù)存在慢性無(wú)菌性炎癥的病因很多,例如糖尿病、高血壓、慢性阻塞性肺疾病、肥胖等。衰老是HF的危險(xiǎn)因素之一,即使在沒(méi)有明顯的組織損傷或伴隨感染的情況下,巨噬細(xì)胞也會(huì)介導(dǎo)老年病人的心臟炎癥和輕度功能障礙。動(dòng)物衰老模型研究發(fā)現(xiàn),即使在沒(méi)有炎癥的情況下,CMACS亦會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而自我更新下降,并逐漸被單核細(xì)胞來(lái)源的巨噬細(xì)胞取代。在小鼠正常生理衰老過(guò)程中,心臟CCR2+巨噬細(xì)胞(高度表達(dá)纖維化基因)增加,同時(shí),CCR2-巨噬細(xì)胞(有利于基質(zhì)分解)減少,使衰老的心臟發(fā)生HF的風(fēng)險(xiǎn)增加[9]。因此,在CHF的發(fā)生過(guò)程中,心臟巨噬細(xì)胞亞群的變化可能先于心臟功能障礙,并促進(jìn)其發(fā)展。

4 靶向巨噬細(xì)胞治療HF的臨床研究

在過(guò)去的幾十年里,心臟巨噬細(xì)胞的產(chǎn)生、分化和募集得到了大量研究,但目前尚發(fā)現(xiàn)有效的臨床治療方法。在HF中,巨噬細(xì)胞主要負(fù)責(zé)介導(dǎo)組織損傷和纖維化瘢痕形成。精確靶向可以限制先天免疫的有害作用,同時(shí)保留其他基本功能。由于巨噬細(xì)胞具有吞噬作用,其能夠吞噬從納米到微米大小的顆粒[1]。因此,設(shè)計(jì)納米顆粒和基于納米的藥物遞送系統(tǒng)可能對(duì)實(shí)施巨噬細(xì)胞靶向治療至關(guān)重要。

Heo等[18]開(kāi)發(fā)了一種基于肽的正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像(PET)顯像劑,它以變構(gòu)方式與CCR2的細(xì)胞外環(huán)(ECL1i-DOTA)結(jié)合,可以使用放射性鎵或銅對(duì)顯像劑進(jìn)行可視化。ECL1i-DOTA可在心肌細(xì)胞消融和心肌梗死的小鼠模型中特異性識(shí)別CCR2+單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞。該顯像劑也可能適用于人體成像,因?yàn)樗苋菀鬃R(shí)別人體心肌組織中的CCR2+巨噬細(xì)胞[12],可選擇性地將藥物遞送至抑制其活化或分化的CCR2+巨噬細(xì)胞。而MyD88和NF-κB則可能成為抑制CCR2+巨噬細(xì)胞活化的潛在靶標(biāo)[14]。

Leuschner等[19]合成了特異性單核細(xì)胞靶向小干擾RNA(small interfering RNA,siRNA)納米分子,沉默炎性單核細(xì)胞中的CCR2信使RNA(mRNA)并選擇性抑制其遷移。在小鼠模型中可以觀察到,這些納米分子能夠迅速被單核細(xì)胞吸收并富集在脾臟和骨髓中;單核細(xì)胞中CCR2 mRNA的降解減少了它們?cè)谘装Y病變處的累積。而且該治療方法已在小鼠模型中進(jìn)行了驗(yàn)證,其能夠減少梗死面積及動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的數(shù)量,降低冠狀動(dòng)脈閉塞程度,以及減少腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞。

持續(xù)的炎癥反應(yīng)會(huì)干擾修復(fù)反應(yīng)的及時(shí)發(fā)生,導(dǎo)致病理性心臟重塑。因此,在兩者之間取得平衡可能會(huì)成為HF治療的突破點(diǎn)。轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)募集的巨噬細(xì)胞表型和功能治療HF[20]已經(jīng)獲得初步的研究成果。通過(guò)減少炎癥基因Lgr4[21]、YAP/TAZ[22]的表達(dá),抑制下游促炎基因,增加修復(fù)基因轉(zhuǎn)錄,減少心臟炎癥和心臟不良重塑。組蛋白乳酸化是將乳酰基添加到組蛋白賴氨酸殘基中以調(diào)節(jié)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)并促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄的過(guò)程。Wang等[23]研究發(fā)現(xiàn),AMI后浸潤(rùn)的巨噬細(xì)胞中,組蛋白H3K18乳酸化(H3K18la)的水平增加,修復(fù)基因Lrg1、Vegf-a和IL-10是H3K18la的下游靶標(biāo)。通過(guò)乳酸鈉治療可上調(diào)H3K18la水平,增強(qiáng)Lrg1、Vegf-a和IL-10的表達(dá),抑制炎癥,改善血管生成,并抑制AMI后的心臟纖維化和病理重塑。

5 總結(jié)

綜上所述,自從認(rèn)識(shí)到巨噬細(xì)胞在心臟炎癥中的重要性及其在疾病發(fā)展過(guò)程中的可塑性以來(lái),巨噬細(xì)胞一直是治療心血管疾病的特定靶標(biāo),其在嚙齒動(dòng)物HF模型和人類HF中均發(fā)揮了重要作用,未來(lái)可以著力開(kāi)發(fā)巨噬細(xì)胞靶向治療HF的方法,如上述試驗(yàn)中基于識(shí)別和利用巨噬細(xì)胞標(biāo)記物提供組織特異性治療的方法。此外,近年來(lái)關(guān)于纖維化和HF的表觀遺傳程序的研究發(fā)展迅速[24],AMI后炎癥的及時(shí)消退和心臟修復(fù)的開(kāi)始對(duì)于心臟修復(fù)至關(guān)重要。心臟保護(hù)性轉(zhuǎn)錄因子和表觀遺傳調(diào)節(jié)因子可促進(jìn)修復(fù)基因轉(zhuǎn)錄,進(jìn)而影響巨噬細(xì)胞的表型和功能。這些轉(zhuǎn)錄因子和表觀遺傳調(diào)節(jié)因子可能是治療HF的潛在治療靶點(diǎn)[22]。另外,使用簇狀有規(guī)律間隔短回文重復(fù)(CRISPR)技術(shù)在細(xì)胞中引入永久性基因變化,也可用于改變巨噬細(xì)胞的極化和它們的功能表型。雖然目前專注于巨噬細(xì)胞和HF的研究有限,但我們相信在不久的將來(lái),這將是一個(gè)有希望的進(jìn)一步研究方向。