巨噬细胞亚群在心脏损伤和修复中的作用研究进展

张东亮，王静，曹玉，鲁大胜，贺常萍

(1.皖南医学院，安徽 芜湖 241002； 2.合肥京东方医院健康管理中心，合肥 230000；3.皖南医学院第二附属医院心血管内科，安徽 芜湖 241000)

巨噬细胞是人体先天性免疫系统的重要组成部分，通过吞噬、分泌细胞因子以及信号转导等途径参与免疫应答并维持机体内环境稳态。炎症是心脏损伤发生以及持续过程中重要的病理生理特征，适度的炎症反应可帮助心脏组织抵抗病原侵袭、清除坏死的组织、促进损伤修复，但过度的炎症则会加重心脏的病理损伤。巨噬细胞来源于由骨髓造血细胞前体发育而来的单核细胞，单核细胞经血液循环迁移至各组织并分化为不同类型的巨噬细胞，发挥免疫屏障作用。近年来，遗传工具的应用使研究人员能够精确追踪组织中的巨噬细胞亚群，深入了解不同亚群巨噬细胞在炎症过程中的差异性调控作用。目前的研究表明，心脏驻留的巨噬细胞在胚胎发育过程中已经产生，并独立于血液单核细胞的输入而持续至成年[1]，具有独特的免疫调节作用。不同的巨噬细胞亚群在心脏自我更新、炎症反应、损伤修复以及重塑等过程中具有不同的作用，因此，通过调节巨噬细胞亚群的功能及其产物干预疾病的病理过程，可以为临床治疗心脏疾病提供新思路。现就巨噬细胞亚群在心脏损伤和修复中的作用予以综述。

1 巨噬细胞的起源及分类

成年小鼠心脏巨噬细胞的数量占心脏非心肌细胞的7%～8%[2]。根据巨噬细胞分泌的炎症因子的特点可以将其分为促炎性巨噬细胞(即M1型巨噬细胞)和抗炎性巨噬细胞(即M2型巨噬细胞)[3]。根据巨噬细胞表面表达的主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex，MHC)Ⅱ类分子和CC趋化因子受体2[chemokine(C-C motif)receptor 2，CCR2]的不同，可以将成年小鼠心脏巨噬细胞分为CCR2-MHC-Ⅱlow、CCR2-MHC-Ⅱhigh和CCR2+MHC-Ⅱhigh3个亚群[4]。其中，血液单核细胞主要为CCR2+MHC-Ⅱlow亚群单核细胞[1]。CCR2-MHC-Ⅱlow和CCR2-MHC-Ⅱhigh起源于胚胎卵黄囊和胎儿单核祖细胞，在胚胎发育过程中定植于心脏后通过原位细胞增殖维持细胞群体的稳定，并持续至成年[4]，独立于血液单核细胞分化而来的巨噬细胞，也称为驻留巨噬细胞。CCR2+MHC-Ⅱhigh巨噬细胞来源于循环血液的Ly6ChighCCR2+单核细胞，依赖于血液单核细胞的持续输入维持细胞数量[5]。研究发现，幼年小鼠心脏中以胚胎来源的CCR2-巨噬细胞为主，但随着年龄的增长，CCR2-巨噬细胞的自我增殖能力逐渐减弱，导致CCR2-巨噬细胞数量逐渐减少，进而导致心脏巨噬细胞由以胚胎来源的CCR2-巨噬细胞为主的亚群向以单核细胞来源的CCR2+巨噬细胞为主的亚群转变[6]。根据细胞表面受体的不同，也可将人类心肌巨噬细胞分为CCR2-巨噬细胞亚群和CCR2+巨噬细胞亚群，其功能特征与小鼠CCR2-和CCR2+巨噬细胞相似[7]。

2 巨噬细胞亚群的功能特点

巨噬细胞是先天性免疫系统的重要组成部分，在免疫防御、维持内环境稳态等方面发挥关键作用。其中CCR2-巨噬细胞亚群和CCR2+巨噬细胞亚群的功能截然相反。一方面，生理状态下，心脏巨噬细胞以驻留的CCR2-亚群为主，且CCR2-巨噬细胞和CCR2+巨噬细胞数量相对稳定[4]；在发育过程中，驻留的CCR2-巨噬细胞对心脏冠状动脉、心脏传导系统(尤其是房室结)正常功能的形成具有重要作用[8-9]。另一方面，血液中的CCR2+单核细胞是心脏CCR2+巨噬细胞的前体，单核细胞通过淋巴细胞功能相关抗原和细胞间黏附分子黏附于血管内皮表面，其主要功能是扫描毛细血管并清除病原体及内皮细胞坏死的细胞碎片[10]。如在心肌梗死的急性损伤后，心脏巨噬细胞亚群的比例和数量均发生显著变化，浸润的CCR2+单核细胞和CCR2+巨噬细胞取代驻留的CCR2-巨噬细胞，CCR2+单核/巨噬细胞通过调控核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3基因的表达，促进肿瘤坏死因子-α、白细胞介素(interleukin，IL)-1和IL-6等促炎细胞因子的产生[4]，参与早期的炎症反应，诱导免疫应答。

3 巨噬细胞亚群在心脏损伤中的作用

3.1巨噬细胞亚群在心肌梗死中的变化 心肌梗死早期(1～3 d)，血液、脾脏以及骨髓中的单核细胞相继被募集至梗死部位[11]。其中，多种细胞因子参与了单核细胞的募集，如单核细胞趋化蛋白1和CC趋化因子配体7[chemokine(C-C motif)ligand 7，CCL7]。单核细胞趋化蛋白1是CCR2的配体，也是调节血液单核细胞迁移和浸润的关键趋化因子之一。在单核细胞趋化蛋白1的趋化诱导下，血液循环中的Ly6ChighCCR2+单核细胞被募集至梗死区域并活化为Ly6ChighCCR2+巨噬细胞[12]。CCL7由损伤区域浸润的B淋巴细胞产生，缺乏成熟B2型淋巴细胞的Tnfrsf13c-/-小鼠不能产生CCL7，故导致Ly6ChighCCR2+单核细胞在骨髓中蓄积，表明B淋巴细胞产生的CCL7对单核细胞由骨髓向血液的迁移至关重要[13]。此外，Sager等[14]发现，心肌梗死后损伤组织释放的IL-1β可通过调节骨髓的造血微环境促进骨髓造血干细胞增殖，从而导致巨噬细胞产生增加，间接促进巨噬细胞向心脏募集。

心脏损伤释放的物质对巨噬细胞的募集具有重要作用。巨噬细胞表达模式识别受体，如Toll样受体、甘露糖受体、嘌呤能受体等，因此可识别损伤相关分子模式。损伤相关分子模式是损伤组织释放的特殊内源性分子，包括ATP、高迁移率族蛋白B1、DNA以及细胞外基质等，损伤相关分子模式激活模式识别受体后启动下游的信号级联反应，调节与促炎细胞因子和趋化因子相关基因的表达[15-16]。其中，坏死细胞释放的DNA可激活巨噬细胞环鸟苷酸-腺苷酸合成酶/干扰素基因刺激因子/干扰素调节因子3信号通路，并产生1型干扰素，1型干扰素在抗原呈递、诱导细胞因子产生以及增强T淋巴细胞功能中发挥重要作用，具有炎症放大效应[17-19]。而由T淋巴细胞产生的γ干扰素则可促进促炎性Ly6ChighCCR2+单核细胞的募集，抑制修复性Ly6ClowCCR2-单核细胞的募集[20]。

心肌梗死中后期(3～7 d)，梗死区与炎症相关的细胞因子表达下调，CCR2-巨噬细胞数量逐渐增多，细胞的抗炎和促进纤维化功能增强[21]。CCR2-巨噬细胞释放的转化生长因子-β可通过促进成肌纤维细胞分化、刺激细胞外基质蛋白(如Ⅰ型胶原蛋白、Ⅲ型胶原蛋白和纤维连接蛋白)的合成和分泌，抑制胶原酶和基质金属蛋白酶的表达，促进组织修复[22]。此外，研究还发现，CCR2-巨噬细胞可分泌骨髓源性生长因子，而骨髓源性生长因子可抑制心肌细胞凋亡、促进血管内皮细胞增殖，对损伤的心脏功能具有保护作用[23]。

总之，以CCR2+巨噬细胞亚群为主的促炎、吞噬过程与以CCR2-巨噬细胞亚群为主的抗炎、修复过程是一个受损伤微环境调节、紧密联系的连续反应。损伤心脏的局部环境(包括缺氧、坏死物质、炎症因子的水平)会影响巨噬细胞亚群由促炎性CCR2+亚群向促修复性CCR2-亚群转变。有研究表明，Nr4A1(nuclear receptor subfamily 4，group A，member 1)是巨噬细胞在微环境作用下向促修复性CCR-巨噬细胞功能分化的重要调节途径[24]，但具体机制仍有待进一步阐明。

3.2巨噬细胞亚群参与心力衰竭的发生发展 研究发现，与正常个体相比，晚期心力衰竭患者的炎症标志物水平显著升高，表明慢性低水平炎症是心力衰竭的标志之一[25]。Tromp等[26]通过检测心力衰竭患者的生物标志物发现，射血分数降低的心力衰竭患者的生物标志物类型与细胞增殖和代谢有关，而射血分数保留的心力衰竭(heart failure with preserved ejection fraction，HFpEF)患者的生物标志物类型与炎症和细胞外基质重组有关，表明持续的慢性炎症与HFpEF的发展密切相关。除衰老本身外，HFpEF患者常合并高血压、肥胖、糖尿病以及慢性阻塞性肺疾病等基础疾病，而这些基础疾病均存在慢性炎症[27-29]。表明持续的慢性炎症和升高的氧化应激水平均可促进HFpEF患者心脏纤维化和心脏舒张功能不全的发生发展。

目前，与心力衰竭相关的炎症反应机制仍不明确，可能与血管紧张素介导的促炎作用、活性氧类的产生、细胞因子水平升高等有关。研究发现，血管紧张素Ⅱ或醛固酮诱导的HFpEF模型小鼠脾脏造血干细胞的增殖水平以及单核细胞向心脏的募集均增加，同时CCR2+巨噬细胞分泌的转化生长因子-β、半乳凝素3也高于正常水平，从而促进小鼠心脏纤维化和舒张功能障碍[30-32]。另外，HFpEF常合并血管内皮功能障碍，导致一氧化氮产生减少，进而导致经典的一氧化氮-环鸟苷酸-蛋白激酶G信号通路异常[33]。肌联蛋白是心肌细胞舒/缩的结构基础，具有分子弹簧的作用，既可通过对粗、细肌丝进行精确的调控，产生心肌的被动张力和回复力，又参与心肌主动张力的调节和心肌紧张度的维持，在偶联与协调心肌的舒缩运动中发挥重要作用[34]。正常情况下，一氧化氮-环鸟苷酸-蛋白激酶G通路可磷酸化修饰肌联蛋白，降低心肌细胞的被动张力；一氧化氮-环鸟苷酸-蛋白激酶G通路异常则导致肌联蛋白磷酸化不足、心肌细胞肥大及被动张力升高，进而导致心肌舒张功能障碍[35-36]。总之，CCR2+巨噬细胞与心力衰竭患者不良的心室重构和功能障碍有关。Patel等[37]应用CCR2抑制剂阻断心脏压力超负荷早期小鼠Ly6ChighCCR2+单核细胞浸润发现，小鼠心脏病理性左心室肥大、重构、收缩功能障碍以及纤维化均减轻，表明抑制CCR2+单核/巨噬细胞是调节心脏不良重构的重要手段。

4 抗炎治疗在心脏损伤和修复中的应用

炎症细胞及细胞因子均参与了心脏损伤和修复过程，炎症细胞的大量聚集是损伤后清除坏死物质、促进修复的基础，但过度的炎症反应会导致组织损伤进一步加重。因此，未来可通过调节巨噬细胞亚群以及炎症因子水平而达到组织炎症与修复之间的相对平衡，为心脏疾病的治疗提供更精准的治疗措施。

卡那单抗是一种高选择性的IL-1β单克隆抗体。卡那单抗抗炎症性血栓效果研究显示，与安慰剂对照者相比，对卡那单抗有反应的受试者心力衰竭住院率显著降低，表明靶向抑制炎症反应可降低心血管事件的发生风险[25]。另外，IL-6也与心血管疾病有关，由心肌细胞产生的IL-6可持续激活信号转导分子糖蛋白130，并在钙离子/钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ存在的情况下，继续激活下游的信号转导及转录激活因子3，进而诱导小鼠心肌肥大[38]。有学者发现，向大鼠体内注射IL-6可导致大鼠心脏舒张功能障碍，而IL-6受体拮抗剂妥珠单抗或IL-6基因敲除则可阻止压力超负荷诱导的心脏不良重塑[39]。目前抗IL-6疗法已广泛用于风湿性和炎症性疾病的治疗，但尚无关于IL-6受体拮抗剂对心力衰竭的疗效评估，仍需未来更多证据支持。

近年来，许多基础研究试图在促进CCR2-巨噬细胞的活化以及抑制CCR2+巨噬细胞募集方面取得突破。如CD28单克隆抗体可活化调节性T细胞，进而诱导心肌梗死后单核细胞/巨噬细胞向CCR2-巨噬细胞分化，从而改善临床结果[40]。DNA甲基化抑制剂5-氮杂胞苷可通过抑制小鼠干扰素调节因子1的降解，诱导巨噬细胞向CCR2-巨噬细胞转变，保留小鼠心脏收缩功能[41]。替米沙坦除了可降低心血管风险外，还可通过过氧化物酶体增殖物激活受体途径促进CCR2-型巨噬细胞活化，导致促炎细胞因子(如肿瘤坏死因子-α、IL-1β和IL-6)水平降低，从而促进炎症消退和组织重塑[42]。腺苷A2B受体激动剂可通过磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B通路调节缺血再灌注后巨噬细胞的极性、增加CCR2-巨噬细胞数量、减少Ly6ChighCCR2+单核/巨噬细胞和嗜中性粒细胞浸润，从而缩小小鼠心肌梗死面积[43]。另外，应用CD20特异性单克隆抗体耗竭小鼠B淋巴细胞可导致组织中的CCR2+单核细胞和巨噬细胞数量减少，阻碍CCR2+巨噬细胞募集，从而缩小小鼠心肌梗死面积[13]。此外，研究人员用携带小干扰RNA的纳米材料沉默小鼠单核细胞中的CCR2信使RNA，选择性抑制CCR2+单核细胞的迁移发现，缺血再灌注心脏的单核细胞和巨噬细胞数量减少，同时小鼠心肌梗死面积也缩小[44]，表明应用纳米材料较免疫抑制药物治疗更具特异性。以上研究表明，针对巨噬细胞亚群及其功能的调节方法在未来临床应用中均具有潜在的可行性。

5 小 结

炎症细胞因子的释放、募集以及炎症细胞间的应答是一个相当复杂的过程，涉及免疫系统多个成分之间的相互作用。目前研究者对巨噬细胞表型及其功能的了解多来自动物实验模型，未来还需在人体组织样品中进行试验验证。炎症反应中复杂的机制导致调控炎症因子和巨噬细胞的治疗未能在心力衰竭等炎症性疾病的治疗中取得显著进展，而炎症与抗炎反应的交替与平衡是调控的关键。未来可通过调控炎症反应的起始、持续时间、终止以及反应程度等达到有效治疗心肌梗死、改善心功能、减轻心脏重构的目的。