巨噬細(xì)胞在心肌梗死后成纖維細(xì)胞激活中的作用

周昊, 張穎倩, 胡穎蕓,4, 陳潤(rùn)都1,, 馬明睿1,, 李越洋, 陳韻岱

1.解放軍醫(yī)學(xué)院,北京 100853;2.中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院第六醫(yī)學(xué)中心心血管病醫(yī)學(xué)部,北京 100853;3.中國(guó)人民解放軍聯(lián)勤保障部隊(duì)第九六六醫(yī)院心內(nèi)科,遼寧丹東 118000;4.南開(kāi)大學(xué)醫(yī)學(xué)院,天津 300071

急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)后早期干預(yù),特別是及時(shí)的再灌注治療,顯著改善了患者的生存率,但AMI仍然是心力衰竭(heart failure,HF)常見(jiàn)的原因[1]。AMI患者出院后出現(xiàn)心力衰竭的情況普遍存在,大約13%的患者在出院30天后被診斷為心力衰竭,20%～30%的患者在出院1年后被診斷為心力衰竭[2]。急性心肌梗死后的心室重塑和心力衰竭仍然是一個(gè)嚴(yán)峻的臨床挑戰(zhàn),并且與心肌纖維化密不可分[3]。巨噬細(xì)胞作為重要的免疫細(xì)胞,在心肌梗死引起的病理生理過(guò)程中發(fā)揮著重要作用[4]。當(dāng)心臟發(fā)生重構(gòu)時(shí),巨噬細(xì)胞會(huì)被激活,并可能通過(guò)釋放多種成纖維介質(zhì)如細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子來(lái)促進(jìn)成纖維細(xì)胞的激活。巨噬細(xì)胞的作用在心臟的重構(gòu)和修復(fù)中起著至關(guān)重要的作用[5]。本文對(duì)心肌梗死后心肌中巨噬細(xì)胞來(lái)源及其在成纖維細(xì)胞激活中的作用作一綜述。

1 心肌梗死后巨噬細(xì)胞來(lái)源

心臟內(nèi)含有常駐巨噬細(xì)胞和非常駐巨噬細(xì)胞。常駐巨噬細(xì)胞占非心肌細(xì)胞的6%～8%[6],通過(guò)CC類(lèi)趨化因子受體2(CC chemokine receptor 2,CCR2)的表達(dá)分為主要存在于心肌中的CCR2-巨噬細(xì)胞和主要駐扎在心內(nèi)膜中的CCR2+巨噬細(xì)胞,前者自我更新得到補(bǔ)充,后者通過(guò)招募循環(huán)單核細(xì)胞而得到補(bǔ)充[7-8]。CCR2-巨噬細(xì)胞根據(jù)主要組織相容性復(fù)合體Ⅱ(major histocompatibility complex class II,MHC-II)和Ly6C的表達(dá),被進(jìn)一步分為3個(gè)亞群即MHC-IIhi、MHC-IIlo和Ly6C+[9]。總的來(lái)說(shuō),根據(jù)表面標(biāo)志物,駐留在心臟內(nèi)的巨噬細(xì)胞可分為4個(gè)亞群,即CCR2-MHC-IIhi、CCR2-MHC-IIlo、CCR2-Ly6C+和CCR2+巨噬細(xì)胞[10]。非常駐巨噬細(xì)胞來(lái)源于血液中的單核細(xì)胞,分為具有炎癥激活作用的Ly6ChiCCR2hiCX3CR1lo單核細(xì)胞亞群和發(fā)揮組織修復(fù)作用的Ly6CloCCR2loCX3CR1hi單核細(xì)胞亞群。

組織損傷時(shí),巨噬細(xì)胞被募集到損傷區(qū)域,Ly6ChiCCR2hiCX3CR1lo單核細(xì)胞亞群表現(xiàn)出炎癥激活作用,而Ly6CloCCR2loCX3CR1hi單核細(xì)胞亞群發(fā)揮組織修復(fù)作用[11]。研究表明,心肌梗死后早期階段,炎癥性L(fǎng)y6Chi單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞起主導(dǎo)作用[12],并產(chǎn)生炎癥因子,如白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-1β、IL-6和腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α),同時(shí),在急性炎癥期發(fā)揮介導(dǎo)蛋白分解和吞噬細(xì)胞碎片的心臟保護(hù)功能[11,13]。與Ly6Chi單核細(xì)胞相反,Ly6Clo單核細(xì)胞在梗死后的后期被招募,通過(guò)分泌抗炎細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子,如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β),介導(dǎo)心肌愈合,從而促進(jìn)了心肌成纖維細(xì)胞的激活和新血管生成[14]。

2 心肌梗死后巨噬細(xì)胞促進(jìn)成纖維細(xì)胞激活

巨噬細(xì)胞在重構(gòu)的心臟中被招募和激活,并可能通過(guò)分泌廣泛的成纖維介質(zhì),在成纖維細(xì)胞的激活中發(fā)揮重要作用[15-16]。Ly6Chi單核細(xì)胞和Ly6Clo單核細(xì)胞分別在梗死后的前后兩個(gè)階段發(fā)揮作用[13]。在炎癥階段,Ly6Chi單核細(xì)胞在缺血性損傷后的心臟內(nèi)通過(guò)分泌炎癥因子來(lái)維持炎癥反應(yīng),并吞噬心肌梗死過(guò)程中產(chǎn)生的細(xì)胞碎片;Ly6Clo單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞聚集在受傷的心肌中,促進(jìn)血管生成和膠原蛋白的沉積,在心臟修復(fù)中發(fā)揮重要作用。心肌梗死后,首先進(jìn)入炎癥期,M1巨噬細(xì)胞被招募,分泌大量炎癥因子TNF-α、IL-1β、IL-6等,而后進(jìn)入修復(fù)期,M2巨噬細(xì)胞被招募,分泌大量的抑炎因子,如IL-4、IL-10、IL-13,血小板源性生長(zhǎng)因子(platelet-derived growth factor,PDGF)-A等[17]。巨噬細(xì)胞在心肌梗死后,成纖維細(xì)胞大量激活為肌成纖維細(xì)胞,引起過(guò)度心肌纖維化,導(dǎo)致心室不良重構(gòu)[18](圖1)。

圖1 心肌梗死后巨噬細(xì)胞促進(jìn)成纖維細(xì)胞激活

2.1 CCR2+巨噬細(xì)胞募集并激活成纖維細(xì)胞

趨化因子是一類(lèi)具有趨化作用的細(xì)胞因子,在調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞和炎癥反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用。根據(jù)趨化因子分子中前兩個(gè)半胱氨酸之間的氨基酸數(shù)量,趨化因子可分為4個(gè)亞家族:CC、CXC、CX3C和XC[19]。CC趨化因子主要是單核細(xì)胞螯合劑,而CXC趨化因子,參與中性粒細(xì)胞的招募。趨化因子主要是通過(guò)白細(xì)胞的趨化性招募來(lái)調(diào)節(jié)纖維化[20]。盡管該家族的幾個(gè)成員可能直接調(diào)節(jié)成纖維細(xì)胞的表型和功能,但在體內(nèi)影響心臟纖維化的意義仍不清楚。在心臟疾病相關(guān)的細(xì)胞因子中,趨化因子配體2(C-C motif chemokine 2,CCL2)能夠在缺血、炎癥和壓力過(guò)載誘發(fā)的心肌纖維化中發(fā)揮重要作用[21]。

CCL2介導(dǎo)促纖維化的機(jī)制有:①在受損心肌中,CCL2/CCR2的激活會(huì)招募大量的巨噬細(xì)胞,從而擴(kuò)大可以分泌纖維化介質(zhì)的細(xì)胞池,如TGF-β和成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子[16]。②CCL2通過(guò)誘導(dǎo)TGF-β1的合成來(lái)促進(jìn)巨噬細(xì)胞的纖維化激活[22]。③CCL2能夠直接促進(jìn)成纖維細(xì)胞的激活[21]。④CCL2通過(guò)招募成纖維細(xì)胞祖細(xì)胞促進(jìn)心臟纖維化[23]。

2.2 多種炎癥因子間接激活成纖維細(xì)胞

在心肌梗死后,巨噬細(xì)胞炎癥因子的表達(dá),如TNF-α、IL-1β和IL-6持續(xù)被誘導(dǎo)。研究表明,促炎細(xì)胞因子可以有效地調(diào)節(jié)心臟成纖維細(xì)胞的類(lèi)型和基因表達(dá),從而對(duì)心肌梗死后的心臟修復(fù)和重構(gòu)產(chǎn)生影響[21]。在體外條件下,促炎細(xì)胞因子,如TNF-α、IL-1β和IL-6,可以減少離體心臟成纖維細(xì)胞的膠原蛋白合成,同時(shí)增加基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)的表達(dá)和活性,并減少M(fèi)MP抑制劑的合成[24]。在心肌缺血再灌注損傷模型中,IL-1的敲除減弱了心室不良重構(gòu)[25]。心臟纖維化中,促炎細(xì)胞因子TNF-α和IL-6水平明顯升高;在擴(kuò)張型心肌病患者中,心肌IL-6和TNF-α水平的升高與膠原蛋白的沉積具有相關(guān)性,并且在人類(lèi)移植心臟中,心肌IL-6水平與心肌纖維化相關(guān)[21]。心肌TNF-α過(guò)表達(dá)的轉(zhuǎn)基因小鼠出現(xiàn)心肌纖維化和心力衰竭[26]。綜上,TNF-α、IL-1和IL-6的促纖維化作用可能涉及對(duì)成纖維細(xì)胞的間接作用,與招募巨噬細(xì)胞和上調(diào)具有激活成纖維細(xì)胞激活特性的細(xì)胞因子(如TGF-β)有關(guān)。

IL-33是IL-1細(xì)胞因子家族的成員,參與了幾個(gè)不同器官的纖維化調(diào)節(jié);在人類(lèi)終末期心力衰竭患者中,IL-33的上調(diào)與心肌纖維化相關(guān);在壓力過(guò)載的心臟模型中,IL-33與生長(zhǎng)刺激表達(dá)基因2蛋白(growth stimulation expressed gene 2 protein,ST2)受體結(jié)合發(fā)揮心臟保護(hù)和抗纖維化作用[27]。然而在體外,IL-33刺激不影響心臟成纖維細(xì)胞的膠原合成,所以IL-33在重構(gòu)心臟中的保護(hù)作用是否通過(guò)直接作用于成纖維細(xì)胞來(lái)介導(dǎo)尚不清楚,有可能通過(guò)IL-33/ST2軸對(duì)心肌細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞間接發(fā)揮抗纖維化作用[28]。

細(xì)胞因子IL-6家族包括IL-6、IL-11、抑瘤素M、白血病抑制因子和心磷脂-1,并與心臟纖維化的發(fā)病機(jī)制相關(guān)[29]。研究表明,IL-6通過(guò)激活轉(zhuǎn)錄激活因子(signal transducer and activator of transcription,STAT)3發(fā)揮促進(jìn)纖維化的作用[30]。據(jù)報(bào)道,抑制IL-6能發(fā)揮抗纖維化的作用,在醛固酮介導(dǎo)的心臟重塑、左心室壓力過(guò)大誘導(dǎo)的遺傳性心肌病模型中,抑制IL-6可減少成纖維細(xì)胞的激活[31]。

2.3 多種抗炎細(xì)胞因子激活成纖維細(xì)胞

抗炎細(xì)胞因子IL-4、IL-10、IL-13和纖維化相關(guān)。體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證實(shí)內(nèi)源性IL-4具有促進(jìn)心臟纖維化的作用[32]。IL-4可能通過(guò)轉(zhuǎn)錄激活STAT6刺激心肌成纖維細(xì)胞的膠原蛋白合成而直接發(fā)揮促纖維化作用[33]。IL-13可以激活成纖維細(xì)胞的基質(zhì)合成程序,刺激TGF-β表達(dá)和激活,并可能促進(jìn)單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的纖維化表型。然而,IL-13的成纖維作用在體內(nèi)對(duì)心臟纖維化反應(yīng)的文獻(xiàn)缺乏[34]。在壓力過(guò)載引起的心肌纖維化動(dòng)物模型中,IL-10在浸潤(rùn)的T淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞亞群中上調(diào)[35]。IL-10除了有抗炎作用外,還可能具有調(diào)節(jié)心臟纖維化反應(yīng)[36]。IL-10的纖維化作用是間接的,并非通過(guò)影響成纖維細(xì)胞的基因表達(dá)譜,而是通過(guò)抑制促炎細(xì)胞因子表達(dá)對(duì)纖維化途徑的下游激活發(fā)揮抑制作用[37]。

2.4 TGF-β在成纖維細(xì)胞激活中發(fā)揮重要作用

TGF-β在心肌重構(gòu)的動(dòng)物模型中持續(xù)激活,主要來(lái)源于巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、心肌細(xì)胞和血小板[21]。TGF-β刺激可有效地誘導(dǎo)肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化,并增加激活的成纖維細(xì)胞的細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix,ECM)的合成[38]。研究表明,典型的Smad依賴(lài)性級(jí)聯(lián)和非典型的Smad非依賴(lài)性信號(hào)都有助于纖維化心臟中成纖維細(xì)胞的激活[39]。體內(nèi)研究表明,Smad3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)在心肌梗死后修復(fù)性成纖維細(xì)胞的激活中起著重要作用[40]。TGF-β能誘導(dǎo)ECM蛋白合成、整合素的轉(zhuǎn)錄和α-平滑肌肌動(dòng)蛋白的表達(dá),有助于形成有組織的瘢痕,從而促進(jìn)心肌梗死后的心臟修復(fù)。梗死肌成纖維細(xì)胞中的Smad3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制了細(xì)胞增殖,產(chǎn)生了排列整齊的活化肌成纖維細(xì)胞陣列,保持梗死心臟的結(jié)構(gòu)完整性[41]。

2.5 PDGF在成纖維細(xì)胞激活中發(fā)揮重要作用

PDGF家族由4個(gè)不同的多肽鏈PDGF-A、PDGF-B、PDGF-C和PDGF-D組成。具有生物活性的PDGF蛋白結(jié)合成二硫鍵二聚體,包括4個(gè)同質(zhì)二聚體PDGF-AA、PDGF-BB、PDGF-CC和PDGF-DD,以及一個(gè)異質(zhì)二聚體PDGF-AB。通過(guò)激活兩個(gè)結(jié)構(gòu)相關(guān)的酪氨酸激酶受體,即PDGFR-α和PDGFR-β,發(fā)揮其生物活性[42]。PDGF-A、PDGF-C和PDGF-D通過(guò)直接作用或間接激活TGF-β的方式對(duì)心肌產(chǎn)生強(qiáng)大的促纖維化作用[43]。體外實(shí)驗(yàn)證實(shí),PDGF-A和PDGF-D能有效刺激心臟成纖維細(xì)胞增殖和ECM蛋白合成[44]。PDGF-A通過(guò)與其受體PDGFR-α相結(jié)合發(fā)揮作用,PDGFR-α在成纖維細(xì)胞中高表達(dá),在再灌注心肌梗死模型中,使用抗PDGFR抗體治療可減弱膠原沉積[45]。IL-1β可以上調(diào)PDGF-α的表達(dá),從而促進(jìn)成纖維細(xì)胞的激活。而PDGF-A主要在內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中表達(dá)[46]。所以巨噬細(xì)胞可能在通過(guò)旁分泌PDGF-A調(diào)節(jié)梗死后心肌纖維化中發(fā)揮重要作用。

3 結(jié)語(yǔ)與展望

巨噬細(xì)胞在心肌梗死的發(fā)病機(jī)制中起著重要的作用。心臟駐留巨噬細(xì)胞以及單核細(xì)胞來(lái)源的巨噬細(xì)胞參與了心肌梗死后炎癥的起始、進(jìn)展和消退。這些過(guò)程是由心臟巨噬細(xì)胞的各種表型介導(dǎo)的,本文從巨噬細(xì)胞亞型著手進(jìn)行了分析,并對(duì)其可能分泌的促纖維化細(xì)胞因子進(jìn)行了回顧,旨在為心肌梗死后心肌纖維化的防治提供參考。