免疫反應(yīng)與心臟再生相關(guān)機制研究進展

程潤寧 王沈鑫

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

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

心血管疾病，特別是心力衰竭（heart failure）是全球人類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)過程，但最常見的情況是由心梗中已分化心肌細胞的大量缺失造成的。由于心肌細胞的增殖能力不足，哺乳動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胞外基質(zhì)取代，形成纖維疤痕。這會嚴重影響心臟的收縮運動，甚至導(dǎo)致死亡。在臨床上對于心肌梗死的病人除了心臟移植之外并沒有可靠的治療方法。因此，對心肌細胞再生的研究對嚴重心臟疾病的臨床治療至關(guān)重要。

斑馬魚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)功能與對照組相比幾乎無差別。除此之外，近年發(fā)現(xiàn)哺乳動物幼體如新生小鼠（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，無法完全再生。小鼠心臟再生能力的獲得和缺失、心肌細胞的增殖、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胞大量募集，而招募的中性粒細胞數(shù)量較少。除了固有免疫外，對適應(yīng)性免疫在心臟再生中的作用研究較少，主要集中在巨噬細胞和CD4+調(diào)節(jié)性T細胞（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立即發(fā)生急性炎癥反應(yīng)。Han等對成年小鼠心尖注射微量酵母多糖以促進炎癥反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)急性炎癥反應(yīng)可以促進心肌細胞增殖，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。血液中的中性粒細胞、巨噬細胞被招募并浸潤心肌受損部位，清除細胞碎片，并釋放許多細胞因子以調(diào)節(jié)損傷組織微環(huán)境。除非特異性免疫細胞的作用外，特異性免疫細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.巨噬細胞

（1）巨噬細胞的類別和轉(zhuǎn)換

巨噬細胞是一種經(jīng)典的固有免疫應(yīng)答細胞，廣泛分布于全身各個組織器官之中。在不同的組織器官中巨噬細胞可以分化為不同的表型，如在腦組織中分化為小膠質(zhì)細胞，在肺泡中分化為肺泡巨噬細胞等。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)。

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

（2）巨噬細胞調(diào)節(jié)心臟再生

成年哺乳動物急性心肌梗死后迅速激活體內(nèi)的固有免疫，血液中的巨噬細胞表現(xiàn)為M1樣和M2樣。經(jīng)典激活促炎性M1巨噬細胞分泌TNF-α、IL-1、interferon-γ以及ROS等，促進炎癥損傷過程，參與心肌梗死后心臟重塑、心衰等病理過程;轉(zhuǎn)化激活抗炎性M2巨噬細胞發(fā)揮抗炎作用，清除壞死細胞、細胞碎片，招募間葉細胞分泌大量胞外蛋白，形成瘢痕組織，從而修復(fù)心肌細胞。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型巨噬細胞和M2型巨噬細胞維持動態(tài)平衡，在特定刺激下還能互相轉(zhuǎn)換。

研究發(fā)現(xiàn)，成年斑馬魚心肌細胞再生過程中，巨噬細胞發(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)中巨噬細胞的數(shù)量，從而研究巨噬細胞的功能，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，說明在心臟再生不同時期內(nèi)，不同類型的巨噬細胞發(fā)揮不同的作用。在心臟再生早期，tnfα+巨噬細胞促進疤痕的沉積;而在心臟再生晚期，tnfα+巨噬細胞轉(zhuǎn)化為tnfα-巨噬細胞，促進膠原疤痕的溶解。

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

2.中性粒細胞

中性粒細胞是外周血白細胞中的主要成分，是參與炎癥及過敏反應(yīng)的關(guān)鍵效應(yīng)細胞。中性粒細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)的過程中，中性粒細胞可能會通過吞噬、脫顆粒（釋放活性氧、溶酶體酶等）以及中性粒細胞外誘捕網(wǎng)（neutrophil extracellular traps，NETs）的釋放損傷機體組織。

中性粒細胞在心臟再生中有兩方面的作用。一方面，中性粒細胞會促進心臟損傷后的急性炎癥反應(yīng)。心肌損傷后，中性粒細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結(jié)合中性粒細胞表面的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與骨髓中在祖細胞或造血干細胞上的受體進行相互作用，刺激中性粒細胞生成。另一方面，中性粒細胞可以通過過氧化物酶的分泌，抑制損傷處過氧化氫的積累和爆發(fā)，對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細胞

（1）T細胞亞群

初始T細胞經(jīng)雙信號活化后，在不同局部微環(huán)境下誘導(dǎo)分化為效應(yīng)細胞，并形成不同功能的T細胞亞群。CD4+T細胞可受不同細胞因子的影響分化為Th1、Th2、Treg和Th17等亞群;CD8+T細胞可經(jīng)兩種方式分化為CTL。

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

（2）T細胞調(diào)節(jié)心臟再生

Tania Nevers等于2015年發(fā)現(xiàn)T細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可以通過產(chǎn)生細胞因子，調(diào)節(jié)巨噬細胞的激活和轉(zhuǎn)化，從而在心臟重構(gòu)過程中發(fā)揮作用。Th17分泌的細胞因子IL-17可以促進心梗后的炎癥反應(yīng)，可能是人類缺乏心臟再生能力的原因之一。

盡管大多數(shù)輔助性T細胞在心肌再生中的研究較少，調(diào)節(jié)性T細胞（Treg）已被證實在心肌再生中發(fā)揮作用。趙文靜等發(fā)現(xiàn)新生小鼠心尖切除處Foxp3蛋白表達水平增加，Treg細胞富集，且使用白喉毒素（diphtheria toxin，DT）特異性敲除Treg細胞后心肌再生能力丟失。進一步研究表明，敲除Treg細胞組相比對照組IL-10、IL-13、TGF-β等抑炎因子表達明顯降低，而IL-6、TGF-α等促炎因子表達上調(diào)，提示Treg細胞可能會參與心肌受損后炎癥消退的過程。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程，而Foxp3+Treg細胞可以通過產(chǎn)生旁分泌因子（paracrine factors）促進NOD/SCID小鼠心肌細胞的增殖。

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胞的丟失，故將來治愈其的根本策略是用心臟再生醫(yī)學(xué)方法補充丟失的心肌細胞。斑馬魚等低等脊椎動物終身具有心臟再生能力，新生哺乳動物也存在相似現(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制，并為轉(zhuǎn)化為臨床手段干預(yù)人心臟再生帶來新的希望。

參考文獻

[1]談勇，占貞貞.炎癥反應(yīng)在心肌再生中的作用[J].中國比較醫(yī)學(xué)雜志，2020，30（11）：128-132.

[2]顧文超，周曉慧，林芳，范慧敏.T細胞亞群在心室重構(gòu)中的作用研究進展[J].中國比較醫(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細胞與膠質(zhì)瘤的免疫治療[J].中國生物化學(xué)與分子生物學(xué)報，2015，31（02）：135-139.