巨噬細(xì)胞在心律失常發(fā)生中的作用及機(jī)制

訾劉留 趙慶彥

巨噬細(xì)胞是機(jī)體固有的免疫細(xì)胞,不僅能夠分泌細(xì)胞因子,參與炎癥反應(yīng)、免疫調(diào)節(jié)、適應(yīng)性免疫應(yīng)答的啟動(dòng),還能通過炎癥反應(yīng)重疊,增殖,改建完成組織修復(fù)過程,參與心臟重塑過程[1]。巨噬細(xì)胞數(shù)量和表型的異常,心臟的功能、結(jié)構(gòu)都會(huì)發(fā)生改變[2]。研究已顯示,巨噬細(xì)胞的極化與分化在房性、室性、交界性等心律失常發(fā)生中起重要作用[3－5]。筆者就巨噬細(xì)胞對(duì)心律失常發(fā)生中的作用機(jī)制作一綜述。

1 心臟巨噬細(xì)胞來源

不同表型的心臟巨噬細(xì)胞可以從血液,脾臟和骨髓的單核細(xì)胞庫中募集[6],也可以由心臟固有巨噬細(xì)胞原位增殖[7]。Molawi等[8]分析了小鼠出生后心臟巨噬細(xì)胞的動(dòng)態(tài)變化,發(fā)現(xiàn)出生后的一周內(nèi),胚胎前體細(xì)胞來源的CX3CR1＋心臟巨噬細(xì)胞分化為MHCII＋和MHCII-兩類細(xì)胞,這種來源于CX3CR＋胚胎前體的巨噬細(xì)胞持續(xù)到成年,但在出生后比例迅速下降且隨著小鼠周齡增加,巨噬細(xì)胞原位增殖能力下降,心臟巨噬細(xì)胞的增殖主要由單核細(xì)胞招募完成。然而,Epelman等[9]研究與以上不同,他們認(rèn)為在穩(wěn)定狀態(tài)下巨噬細(xì)胞主要通過固有巨噬細(xì)胞原位增殖,而在巨噬細(xì)胞嚴(yán)重消耗或炎癥狀態(tài)下,巨噬細(xì)胞會(huì)依靠單核細(xì)胞招募增殖,遺傳命運(yùn)圖譜顯示心臟固有巨噬細(xì)胞主要來源于卵黃囊和胚胎單核祖細(xì)胞。

2 巨噬細(xì)胞分型

巨噬細(xì)胞根據(jù)其功能分為多種表型,M1和M2屬于巨噬細(xì)胞在炎癥狀態(tài)下的二元分類。M1型巨噬細(xì)胞,又被稱為經(jīng)典激活的巨噬細(xì)胞,認(rèn)為其以促炎作用為主,表面標(biāo)記有CD68＋、CD86＋、MHCII＋類分子等。M2型又被稱為替代激活的巨噬細(xì)胞,認(rèn)為其以抗炎作用為主,表面標(biāo)記有CD68＋、CD163＋、FRβ＋等[10]。M1和M2型只是巨噬細(xì)胞分化的兩個(gè)極端狀態(tài),有一些細(xì)胞是處于M1和M2型巨噬細(xì)胞功能之間的狀態(tài)[11]。最近研究發(fā)現(xiàn),巨噬細(xì)胞還存在混合型表型(Mox)和M4型巨噬細(xì)胞。核因子E2相關(guān)因子2(Nuclear Factor E2-related Factor 2,Nrf2)誘導(dǎo)Mox巨噬細(xì)胞,響應(yīng)氧化組織損傷,其可能在動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)展和慢性炎癥的過程中扮演重要的角色[12]。Gleissner等[13]研究發(fā)現(xiàn)通過使用趨化因子配體-4(CXCL-4)誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞分化,其表達(dá)的產(chǎn)物與M1和M2型巨噬細(xì)胞有很大的差異,后期被命名為M4巨噬細(xì)胞。

3 M1型和M2型巨噬細(xì)胞極化調(diào)控

M1和M2可以相互轉(zhuǎn)化。脂多糖、Thl相關(guān)細(xì)胞因子、C-C趨化因子等誘導(dǎo)形成M1,表現(xiàn)為促炎作用,可促進(jìn)炎癥細(xì)胞外基質(zhì)降解,分泌白細(xì)胞介素-1β(IL-1β),誘導(dǎo)基質(zhì)金屬蛋白酶-9(MMP-9)合成,其中MMP-9可以激活轉(zhuǎn)換生長因子-β(TGF-β),促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖。糖皮質(zhì)激素、Th2相關(guān)細(xì)胞因子誘導(dǎo)形成M2型巨噬細(xì)胞,表現(xiàn)為抗炎作用,可促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)的合成、細(xì)胞增殖、血管新生[14]。目前主要從轉(zhuǎn)錄機(jī)制方面著手調(diào)控極化,例如NF-k B、AP-1、IRF5、IRF8、AKT1、SOCS2等參與了Toll樣受體(Toll-like receptor,TLR)誘導(dǎo)M1型巨噬細(xì)胞極化過程,而STAT6、PPARIRF4、C/EBP-B、KLF4、AKT2、SOCS3參與M2型巨噬細(xì)胞極化過程[15]。除從轉(zhuǎn)錄機(jī)制之外,還有一些其他調(diào)節(jié)極化途徑。巨噬細(xì)胞A類清道夫受體(SR-A)是重要的炎癥調(diào)控因子,能誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M2型極化,發(fā)揮抗炎、抗纖維化、抗心律失常作用,敲除SR-A基因的小鼠與對(duì)照組比較觀察到巨噬細(xì)胞向M1型極化,且發(fā)生惡化的心律失常及纖維化[16]。同樣地,IL-4和IL-13也能促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M2型極化[17],而Cihakova等[18]敲除小鼠的IL-13基因后發(fā)現(xiàn)其與空白組相比,M2型巨噬細(xì)胞含量明顯下降,M1型巨噬細(xì)胞釋放的各種炎性因子如IL-1β、IL-1,干擾素等含量明顯上升,患心力衰竭和重癥心肌炎的概率明顯上升;敲除IL-4的小鼠與空白組相比雖然M2型巨噬細(xì)胞含量下降,卻沒有明顯地致心力衰竭和重癥心肌炎作用,說明了IL-13與IL-4相比更具心肌保護(hù)作用,這可能與IL-13能限制心肌炎癥有關(guān)。Singla等[19]將糖尿病(DM)鼠隨機(jī)分為假手術(shù)組、心肌梗死(MI)組和梗死后注射成纖維生長因子-9(fibroblast growth factor-9,FGF-9)組,術(shù)后2周行超聲心動(dòng)圖和免疫組織化學(xué)檢查后發(fā)現(xiàn)FGF-9應(yīng)用有助于DM后巨噬細(xì)胞向M2型極化和相應(yīng)炎癥因子的增加,改善心臟重塑,提高心臟功能。Zhao等[20]發(fā)現(xiàn)也可以從阻止炎癥性巨噬細(xì)胞從血液中招募來調(diào)控巨噬細(xì)胞,他們敲除CCR2基因或者抑制CXCR6可以抑制炎癥后期血液中的單核細(xì)胞招募至心臟轉(zhuǎn)換成促炎型巨噬細(xì)胞,有助于改善心臟重構(gòu)。

4 巨噬細(xì)胞與房性心律失常

Hulsmans等[21]將小鼠隨機(jī)分為空白組、高血壓模型組和衰老模型組,發(fā)現(xiàn)與空白組相比,高血壓模型組和衰老模型組小鼠內(nèi)心肌巨噬細(xì)胞含量均顯著增高,接下來他們將巨噬細(xì)胞分泌的IL-10與成纖維細(xì)胞共同培養(yǎng),觀察到纖維母細(xì)胞激活,膠原沉積,提示巨噬細(xì)胞可導(dǎo)致心肌纖維化和舒張期功能障礙,與心房結(jié)構(gòu)重構(gòu)有關(guān)[22]。Ito等[23]對(duì)心房顫動(dòng)(簡稱房顫)和無房顫患者進(jìn)行尸檢免疫組化分析,發(fā)現(xiàn)與無房顫患者相比,房顫患者被標(biāo)記的巨噬細(xì)胞與纖維化心肌在心房心內(nèi)膜下明顯并行存在,間接證實(shí)房顫中巨噬細(xì)胞與纖維化之間密切相關(guān)。房顫時(shí)巨噬細(xì)胞數(shù)量明顯增加,且拉伸心房肌細(xì)胞模擬心房增大,與沒有拉伸的心房肌細(xì)胞相比,巨噬細(xì)胞浸潤也明顯增加[24]。Liew等[25]給小鼠持續(xù)注射腫瘤壞死因子-α(TNF-α)后發(fā)現(xiàn)其能抑制縫隙連接蛋白40(CX40)的表達(dá)繼而心房發(fā)生電重構(gòu),提示巨噬細(xì)胞能通過分泌TNF-α[26]抑制CX40從而參與了心房的電重構(gòu)。Li等[27]通過蛋白質(zhì)免疫印跡技術(shù)發(fā)現(xiàn)房顫患者巨噬細(xì)胞活動(dòng)抑制因子(MIF)蛋白明顯增加且CX43蛋白下調(diào)。隨后他們將小鼠心房肌細(xì)胞與重組-巨噬細(xì)胞活動(dòng)抑制因子(r-MIF)體外分別培養(yǎng)15、30、45 min,蛋白質(zhì)免疫印跡發(fā)現(xiàn)MIF以一種時(shí)間依賴性的方式刺激心房肌細(xì)胞產(chǎn)生含磷的細(xì)胞外活動(dòng)調(diào)節(jié)蛋白激酶1/2(ERK1/2),再通過ERK1/2活化來調(diào)控CX43表達(dá)下降,從而誘發(fā)房顫。Sun等[3]收集房顫患者的右心耳組織,免疫熒光實(shí)驗(yàn)后觀察到其促炎性巨噬細(xì)胞數(shù)量明顯增加。同時(shí)他們?cè)谛∈舐苑款潉?dòng)物模型觀察磷酸二鈉脂質(zhì)體清除巨噬細(xì)胞后對(duì)房顫的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞清除后心房有效不應(yīng)期延長和L型鈣離子通道電流增加,明顯升高房顫閾值,減少心房電重構(gòu),降低房顫發(fā)生率。他們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)通過鼠注射脂多糖(LPS)后巨噬細(xì)胞增加能抑制小鼠心房肌顫動(dòng)蛋白(QKI)表達(dá),而將敲除IL-1β的巨噬細(xì)胞與心房肌細(xì)胞培養(yǎng)有助于QKI上調(diào),隨后通過RNA免疫沉淀(RIP)發(fā)現(xiàn)QKI能與鈣離子通道蛋白α1C亞基編碼基因(CACNA1Cm RNA)結(jié)合,且通過腺病毒轉(zhuǎn)染在小鼠體內(nèi)高表達(dá)QKI后發(fā)現(xiàn)感染的心肌細(xì)胞的CACNA1C的表達(dá)水平高于未感染的心肌細(xì)胞。該項(xiàng)研究提示促炎性巨噬細(xì)胞是通過分泌IL-1β抑制QKI的表達(dá),QKI與L型CACNA1Cm RNA的結(jié)合減少,CACNA1C表達(dá)水平下降和L型鈣離子通道電流減少,加重心房電重構(gòu),引發(fā)房顫。

5 巨噬細(xì)胞與室性心律失常

De Jesus等[28]發(fā)現(xiàn)MI后巨噬細(xì)胞增加與室性心律失常發(fā)生密切相關(guān)。他們首先將33只小鼠冠狀動(dòng)脈左前降支(LAD)結(jié)扎致MI后,隨機(jī)選擇12只敲除Apo E后給予高脂飼料喂食為動(dòng)脈粥樣硬化組,7只每日注射LPS(10 ug/day)為急性炎癥組,剩余14只作為空白組。他們發(fā)現(xiàn)與空白組相比,動(dòng)脈粥樣硬化組和急性炎癥組的CX43表達(dá)下降2倍、IL-1β表達(dá)增加3倍,免疫熒光技術(shù)觀察發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)兩組的巨噬細(xì)胞數(shù)量較空白組明顯增加,其產(chǎn)生的IL-1β和金屬蛋白酶-7(MMP-7)可協(xié)同作用降解CX-43,導(dǎo)致緩慢傳導(dǎo)[29],易發(fā)室性心律失常。Yin等[30]在犬MI模型中根據(jù)流式、蛋白印跡、QPCR、免疫組織化學(xué)、ELISA等技術(shù)發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞能夠分泌神經(jīng)生長因子(nerve growth factor,NGF),而NGF作為連接炎癥反應(yīng)和交感神經(jīng)再生的紐帶,活化Notch信號(hào)通路使巨噬細(xì)胞向M1型極化,從而加重MI后交感神經(jīng)重構(gòu),提高室性心動(dòng)過速的發(fā)生率導(dǎo)致室性心律失常。同樣地,Wernli等[31]為了觀察巨噬細(xì)胞清除后對(duì)交感神經(jīng)增生的影響,將鼠隨機(jī)分為MI組、MI后巨噬細(xì)胞清除組及假手術(shù)組。他們發(fā)現(xiàn)與假手術(shù)組相比,MI組的巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞數(shù)量顯著增加,交感神經(jīng)分布密度增加2倍,而MI后巨噬細(xì)胞清除組的巨噬細(xì)胞減少69%、成纖維母細(xì)胞數(shù)量減少23%,T細(xì)胞無明顯變化。他們進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)MI后巨噬細(xì)胞清除組的NGF含量明顯下降,交感神經(jīng)密度降低至未梗死前水平,心肌纖維化明顯改善,室性心律失常發(fā)生率降低,提示清除巨噬細(xì)胞對(duì)MI的室性心律失常發(fā)生具有明顯的保護(hù)作用。Beiert等[4]將小鼠隨機(jī)分為MI組,MI后低劑量注射松弛素組(75u·kg－1·d－1,持續(xù)兩周)和對(duì)照組,發(fā)現(xiàn)使用低劑量的松弛素能夠介導(dǎo)M2型巨噬細(xì)胞的表達(dá),產(chǎn)生抗炎作用和抗纖維化作用,從而降低MI后的室性心動(dòng)過速發(fā)病率。Monnerat等[32]應(yīng)用鏈佐霉素(STZ)構(gòu)建DM鼠模型,發(fā)現(xiàn)與空白組相比DM組心臟內(nèi)的巨噬細(xì)胞內(nèi)Toll樣受體2(toll-like receptor 2,TLR2)表達(dá)上調(diào),且巨噬細(xì)胞分泌IL-1β增加,電生理數(shù)據(jù)顯示動(dòng)作電位時(shí)程延長,鉀離子電流減慢,肌質(zhì)鈣離子釋放增加,延長復(fù)極,心室易發(fā)室性心律失常。為了探究其內(nèi)在機(jī)制,他們將大鼠離體心室肌細(xì)胞與IL-1β共同培養(yǎng)24 h,發(fā)現(xiàn)與空白組比較,其細(xì)胞心律失?；钚灾笜?biāo)自發(fā)收縮事件(NSE)的數(shù)值顯著增高,而使用IL-1β受體拮抗劑可以治療DM引起的室性心律失常,同時(shí)也降低了DM引起室性心律失常的敏感性,證明了IL-1β可促進(jìn)室性心律失常發(fā)生率。他們進(jìn)一步構(gòu)建了敲除TLR2基因的DM小鼠,發(fā)現(xiàn)與單純DM組小鼠相比,敲除TLR2基因的DM小鼠心臟巨噬細(xì)胞分泌的IL-1β分泌明顯減少,室性心律失常發(fā)病率降低,提示TLR2可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞分泌IL-1β介導(dǎo)室性心律失常發(fā)生。

6 巨噬細(xì)胞與房室結(jié)功能

Hulsmans等[5]發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞在房室結(jié)正常電傳導(dǎo)中起作用,其數(shù)量的變化與房室結(jié)傳導(dǎo)阻滯密切相關(guān)。他們通過流式細(xì)胞技術(shù)發(fā)現(xiàn)在小鼠心臟的房室結(jié)末梢和房室結(jié)束中聚集著大量的心臟固有巨噬細(xì)胞,且與左室游離壁的巨噬細(xì)胞平均表面積數(shù)量相當(dāng)。將心臟固有巨噬細(xì)胞與房室結(jié)心肌細(xì)胞一起體外培養(yǎng),發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞與心肌細(xì)胞去極化耦合一致,且清除房室結(jié)中巨噬細(xì)胞,會(huì)導(dǎo)致房室結(jié)傳導(dǎo)阻滯,在體表心電圖上表現(xiàn)為房室文氏阻滯。接下來他們通過電子顯微鏡和免疫熒光進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞是通過縫隙連接和連接蛋白43(CX43,位于心肌細(xì)胞與巨噬細(xì)胞解剖接觸位置)與心肌細(xì)胞相連,引發(fā)傳導(dǎo)信號(hào)的電荷同步變化,縮短動(dòng)作電位時(shí)程,加速細(xì)胞膜電位去極化,減少心電折返活動(dòng),提高房室結(jié)傳導(dǎo)效率,加快房室結(jié)傳導(dǎo)。心臟電傳導(dǎo)通路需要巨噬細(xì)胞參與,具體原因機(jī)制尚未被完全闡明。當(dāng)然,在發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞這一重大生理功能時(shí),我們也要清楚地認(rèn)識(shí)到Hulsmans實(shí)驗(yàn)的局限性。小鼠和人類之間表達(dá)連接蛋白的種類是不同的,例如小鼠高表達(dá)一種形成超小電導(dǎo)通道的連接蛋白CX30.2,而人類只低表達(dá)其人直系同源物CX31.9,甚至連此也不表達(dá)[33]。故盡管此是第一個(gè)顯示巨噬細(xì)胞參與心臟正常電傳導(dǎo)的研究,但巨噬細(xì)胞在人類心臟電傳導(dǎo)中的作用仍是未知的,值得去探索的一個(gè)充滿無限可能的一個(gè)領(lǐng)域。

7 小結(jié)

目前研究已提示,巨噬細(xì)胞與心律失常的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。通過干預(yù)巨噬細(xì)胞在心臟的分布、極化分化等手段能夠作為我們未來治療心律失常的新思路,但是巨噬細(xì)胞與心律失常潛在機(jī)制還未被完全了解,尚有待進(jìn)一步闡明。