呂慧珍，艾玎?

①天津醫(yī)科大學 生理與病理生理學系 天津市代謝病重點實驗室，天津 300070；②中國醫(yī)學科學院血液病醫(yī)院(中國醫(yī)學科學院血液學研究所) 實驗血液學國家重點實驗室，天津 300020

急性心肌梗死是因冠狀動脈供血中斷引起的急性、持續(xù)性局部缺血、缺氧引起的心肌壞死。近年來，我國急性心肌梗死的發(fā)病率呈明顯上升趨勢。雖然當前通過內科介入治療或外科搭橋手術可以再通阻塞的冠狀動脈，但是仍有一部分患者在冠狀動脈再通后發(fā)生負性心臟重塑，最終導致嚴重心力衰竭甚至心臟破裂。因此，研究缺血性心臟疾病的修復過程、尋找早期干預措施具有重要意義。免疫炎癥反應在心血管疾病中的作用已被廣泛報道。巨噬細胞、中性粒細胞等免疫細胞在心肌缺血的早期即參與了疾病的進程。

造血干細胞是具有高度自我更新能力和自我復制能力并能夠分化成所有類型血細胞的前體細胞。心肌梗死會導致組織的丟失和心臟功能的損害，剩余的心肌細胞無法重建壞死組織，梗死后心臟隨時間延長而惡化。遠處的干細胞感覺到靶器官損傷并遷移到損傷的部位，發(fā)生交替的干細胞分化。目前國內外開展了大量干細胞移植促進心肌再生的基礎和臨床研究，干細胞移植技術可能成為治療心肌缺血壞死和心力衰竭的有效措施。

1 心肌梗死后造血干祖細胞的表型及其功能

1.1 骨髓來源的造血干祖細胞變化與功能

在急性心肌梗死癥狀發(fā)生幾小時后，循環(huán)中造血干細胞和內皮祖細胞數(shù)目顯著增加并達到峰值，參與急性心肌梗死后自發(fā)的修復過程。在這基礎上開展的干細胞療法，有助于治療心肌梗死后心肌的再生和修復[1]。研究表明，局部骨髓細胞可以新生心肌，改善冠心病的愈合[2]。在動物模型中，受損的心肌骨髓細胞可作為祖細胞的來源，具有歸巢、分化以及代替心肌壞死細胞的能力。向受損心肌注射或動員的骨髓細胞可表現(xiàn)為心肌干細胞，基于干細胞的可塑性，其可繼續(xù)分化為心肌細胞、內皮細胞和平滑肌細胞等，進而產生肌細胞和修復血管結構，改善梗死心臟的功能[3]。在此基礎上，在干細胞因子和粒細胞集落刺激因子的動員下，骨髓細胞可定位于梗死區(qū)域，復制、分化并最終促進心肌修復。因此，細胞因子動員原始的骨髓細胞可能為缺血性心肌梗死等心臟病的心肌再生提供新的非侵入性的治療策略，而對其具體分子機制的進一步研究將為心肌再生更接近臨床實際提供更多機會。

心肌梗死的不同階段(如炎癥反應期、修復期、心衰期)均伴有白細胞，尤其是單核細胞和巨噬細胞的改變，心肌梗死引起的急性白細胞增多癥與心血管疾病的死亡率密切相關。究其來源，主要是由于心肌損傷后炎癥反應引起造血干細胞的激活，使其由靜止狀態(tài)轉變?yōu)樽晕腋潞驮鲋撤只臓顟B(tài)。研究表明，心肌梗死后骨髓易位基因Mtg6可調控趨化因子受體CCR2+的造血干祖細胞亞群產生，使其表現(xiàn)出明顯的骨髓分化傾向。Mtg6缺陷小鼠則會出現(xiàn)全身單核細胞和梗死相關巨噬細胞的水平顯著降低，且伴隨組織愈合能力受損和心肌梗死后的心力衰竭[4]。這為缺血性損傷后緊急造血的調控提供了見解，并通過調控心肌梗死后白細胞的輸出確定了潛在的治療靶點。

1.2 髓外造血器官來源的造血干祖細胞變化與功能

造血干祖細胞主要存在于骨髓中，并在其中分化為各類血細胞。近50年來的研究證實至少有部分骨髓中的造血干組細胞可以穩(wěn)定地進入血液循環(huán)。循環(huán)中的造血干祖細胞可上調“don’t eat me”信號CD47來抵抗細胞死亡，進而通過周圍組織和淋巴系統(tǒng)重新植入骨髓中。在一定條件下，循環(huán)中的造血干祖細胞可在骨髓外產生子代細胞，這一過程稱為髓外造血。髓外造血主要發(fā)生在發(fā)育中的胚胎肝臟中，而在成人組織中主要發(fā)生在脾臟。在一些特定的疾病如腫瘤、動脈粥樣硬化和心肌梗死中，脾臟的髓外造血顯著增強，造血干祖細胞在脾臟紅髓中大量積累，使其更傾向于髓系細胞生成。

動脈粥樣硬化斑塊的破裂是心肌梗死的一大誘因，而心肌梗死后脾臟中增多的髓系細胞可被募集到動脈粥樣硬化斑塊內，可使病變更加嚴重。研究發(fā)現(xiàn)，在ApoE-/-小鼠中，冠狀動脈結扎可引起髓外造血，并在缺血后的12周仍持續(xù)存在。脾臟中產生的炎性髓系細胞可通過外周血液循環(huán)被募集到動脈粥樣硬化斑塊中[5]。心肌梗死可增加動脈粥樣硬化斑塊大小、斑塊內單核細胞數(shù)量和單核細胞表型，而且心肌梗死后從動脈粥樣硬化斑塊中分離出來的單核細胞表達了更高水平的炎癥基因[6]。臨床數(shù)據(jù)顯示急性心肌梗死患者PET示蹤劑18F-FDG在脾臟的攝取更高。雖然18F-FDG對細胞類型并不特異，但這些結果可能提示急性心肌梗死患者脾臟細胞增殖增加[7-8]。這些研究表明，脾活化在心肌梗死后動脈粥樣硬化病變炎癥增加中起到一定作用，但目前臨床上尚無有效的干預措施可以阻斷這一過程。

心肌梗死過程中出現(xiàn)的焦慮、疼痛和左心室功能受損等均可增強交感神經系統(tǒng)的活動，相應地，產生去甲腎上腺素的限速酶酪氨酸羥化酶的水平在骨髓中顯著增加。隨著交感神經系統(tǒng)活性增強，造血干祖細胞可通過β3腎上腺素能受體信號通路離開骨髓，使得髓外單核細胞生成增多[9-10]。此外，心肌梗死會降低骨髓中造血干細胞的保留因子，如CXCL12和VCAM-1，從而促進骨髓中造血干祖細胞的釋放，骨髓釋放的造血干祖細胞進入脾臟，并在干細胞因子的存在下分裂產生髓系細胞。研究發(fā)現(xiàn)，心肌梗死后脾臟中造血祖細胞及單核細胞祖細胞的數(shù)目顯著增加，而骨髓中并無明顯改變。究其機制，在心肌梗死后，伴隨著SCF+細胞數(shù)目的顯著增加，脾臟組織中干細胞因子SCF的表達顯著上調，促進了髓外骨髓細胞生成[6]。

2 心肌梗死后單核細胞亞群的表型及其功能

2.1 骨髓來源的單核細胞變化與功能

心肌梗死可激活骨髓中的交感神經，使間充質干細胞或骨髓內皮細胞產生較低水平的造血干細胞保留因子，如CXCL12，刺激骨髓祖細胞通過幾個中間祖細胞階段產生更多單核細胞(圖1)。單核細胞從骨髓和脾臟釋放，然后通過血液進入梗死區(qū)。

圖1 心肌梗死后，隨著交感神經系統(tǒng)活性增強，骨髓中的造血干細胞的滯留因子，如CXCL12和SCF，可促進骨髓中造血干祖細胞的釋放，并在干細胞因子的存在下分裂產生髓系細胞，通過血液循環(huán)至心肌梗死部位

研究發(fā)現(xiàn)，通過單核細胞趨化蛋白(monocyte chemoattractant protein, MCP)激活單核細胞表面表達的CCR2使其向炎癥部位募集能夠實現(xiàn)炎癥過程中單核細胞從骨髓排出[11]。實驗表明，缺乏MCP-1的小鼠在心肌梗死時單核細胞募集明顯減少，盡管MCP-1缺陷小鼠和野生型小鼠的梗死面積相似，但MCP-1缺陷小鼠的心室功能得到改善，從而表明單核細胞在心肌梗死后心肌愈合中的重要性[12]。另有研究表明動脈粥樣硬化疾病中CCR2基因缺陷的小鼠單核細胞組織募集也明顯減少[13]。盡管有大量證據(jù)表明，MCPs和CCR2對單核細胞的募集至關重要，但對于單核細胞從骨髓到血液、從血液到炎癥組織的運動機制還不甚了解。心肌梗死后，骨髓和脾臟產生的循環(huán)單核細胞分兩個階段被招募至梗死區(qū)，其中第一階段以Ly-6chigh單核細胞為主。Ly-6chigh單核細胞的招募依賴于CCR2。Ccl2和Ccl7都是CCR2的配體，在梗死心肌中高表達[12,14]。心肌梗死后Ccl7來源于缺血心肌中的B細胞，B細胞的耗竭導致心室功能改善，單核細胞活力降低[14]。在心肌梗死后單核細胞反應的第二階段，Ly-6clow單核細胞募集依賴于CX3CR1。然而，與炎癥性單核細胞的早期募集相比，梗死灶中募集的Ly-6clow單核細胞要少得多，而Ly-6chigh單核細胞在后期愈合階段可產生Ly-6clow巨噬細胞。

急性心肌梗死后第一階段，Ly-6chigh單核細胞產生早期炎性巨噬細胞，并通過吞噬和分泌蛋白水解酶清除損傷組織；第二階段，Ly-6clow巨噬細胞通過促進肌成纖維細胞積累、膠原沉積和血管生成來促進傷口愈合和再生。這兩個連續(xù)的單核/巨噬細胞階段對急性心肌梗死后的愈合均有重要作用。浸潤的單核細胞也可能與受損心肌細胞外基質相互作用，導致纖維連接蛋白釋放[15]。纖維連接蛋白穩(wěn)定梗死灶，減少梗死灶破裂。此外巨噬細胞還在器官再生中發(fā)揮作用。雖然成年哺乳動物心肌梗死會導致心室功能下降，但新生小鼠心臟在心肌梗死后可再生，而心肌巨噬細胞的耗竭阻礙了這一修復過程[16]。

2.2 髓外造血器官來源的單核細胞變化與功能

已知骨髓可產生許多單核細胞，而我們試圖識別髓外單核細胞的隔室性蓄水池，因為這些蓄水池能夠滿足快速發(fā)作炎癥的需要。通過追蹤發(fā)現(xiàn)，脾臟是單核細胞的主要來源。造血干細胞從骨髓排出進入脾臟，引起髓外造血和單核細胞的產生。而在炎性疾病中，單核細胞在靶部位積累，又可分化為巨噬細胞或樹突狀細胞。小鼠在冠狀動脈結扎后第1天，大約有一半的單核細胞從脾臟水庫中移出，而骨髓中的單核細胞數(shù)量沒有變化[17]。此外，有40%～75%的脾單核細胞進入血流并動員至梗塞區(qū)域以控制缺血性心肌的愈合[18]。

由于脾臟具有宿主髓外造血的能力，冠狀動脈結扎術后數(shù)天進行脾切除手術，可顯著減少梗死灶中單核細胞的數(shù)量，并導致傷口愈合受損和心力衰竭[19]。脾內單核細胞的釋放依賴于β-腎上腺素受體和血管緊張素II，這表明β-腎上腺素受體阻滯劑和血管緊張素轉換酶抑制劑可能通過改變白細胞動力學起作用。研究發(fā)現(xiàn)白細胞介素(IL)-1β可作為心肌梗死后脾臟產生單核細胞的信號觸發(fā)髓外緊急單核細胞增生[20]。與在脾臟的發(fā)現(xiàn)類似，IL-1β似乎也能調節(jié)肝臟的髓外造血[21]。心肌梗死后肝組織中祖細胞數(shù)量明顯少于脾臟，心肌梗死后4天脾切除術增加了肝內祖細胞的存在[6]。因此，梗死引起的單核細胞增多癥主要是由于脾的生產增加，但其他髓外部位可能也有貢獻。了解心肌梗死后調節(jié)單核細胞增多癥的信號有助于設計新的治療方法，以促進心臟愈合和限制心力衰竭。

3 心肌梗死后粒細胞亞群的表型及其功能

3.1 骨髓來源的粒細胞變化與功能

粒細胞根據(jù)其特殊顆粒的染色特性，可分為中性粒細胞、嗜堿性粒細胞、嗜酸性粒細胞，而中性粒細胞在其中占多數(shù)，其來源于骨髓的造血干細胞，在骨髓中分化發(fā)育后進入血液或組織。心肌梗死后，心臟中性粒細胞表現(xiàn)為促炎N1中性粒細胞和抗炎N2中性粒細胞表型，其中N2中性粒細胞與巨噬細胞表型相似。雖然N1中性粒細胞的數(shù)量增加是左室梗死的主要表型，但在心肌梗死過程中N2中性粒細胞的數(shù)量也會增加。雖然中性粒細胞計數(shù)不能提高心肌梗死的診斷能力，但它們是左心室慢性重構的預后生物標志物。

在急性炎癥中，中性粒細胞不僅對于清除死亡的心肌細胞或心肌梗死后碎屑至關重要，對于消炎和協(xié)調左室組織穩(wěn)態(tài)也至關重要[22]。中性粒細胞是一類很早就被招募到梗死左室的白細胞，可產生多種炎癥介質(如細胞因子和趨化因子)和活性氧。實際上，肥胖和衰老的小鼠梗塞區(qū)域有更多的中性粒細胞，心肌梗死后第1天的VCAM-1水平也最高。VCAM-1是中性粒細胞-內皮細胞黏附的主要介質，它在中性粒細胞協(xié)調黏附，募集以及從循環(huán)到心肌損傷部位的遷移中發(fā)揮重要作用[25]。因此，在肥胖患者中VCAM-1介導的內皮功能障礙增加可能是增加梗死區(qū)中性粒細胞轉運和募集的關鍵因素。研究發(fā)現(xiàn)N2中性粒細胞與梗死壁變薄呈負相關，表明N2中性粒細胞可能有助于防止左室壁進一步變薄，而N1中性粒細胞可能通過產生高水平的基質金屬蛋白酶而使壁變薄[26-27]。此外，通過PPARγ激動劑羅格列酮將中性粒細胞編程為N2亞型可以減少腦梗死面積，這同樣表明了抗炎的N2中性粒細胞的有益作用[28]。

此外，在動物模型中對中性粒細胞耗竭的研究，可以觀察到梗死面積的縮小，比如在犬模型中，中性粒細胞耗竭可減少梗死面積和損傷程度[23-24]。但是目前在人類患者中還沒有進行純中性粒細胞耗竭的研究。C5a蛋白是一個重要的中性粒細胞趨化觸發(fā)因子，抑制C5可以減少缺血再灌注中中性粒細胞的浸潤，從而提供心臟保護模式。然而，一種與依庫麗單抗相似的培克珠單抗(pexelizumab)藥物雖能抑制C5分裂，但在人體心肌梗死試驗中未能減少梗死面積和預期的心臟保護[29]。經測試，能夠減少梗塞或具有心臟保護作用的許多藥物無法復制，也無法轉化為臨床藥物。

3.2 髓外造血器官來源的粒細胞變化與功能

骨髓中的造血干細胞和祖細胞不斷產生中性粒細胞，以維持大量的循環(huán)。除了骨髓外，肺、肝和脾等其他組織部位，也是中性粒細胞的潛在宿主[30]。肺內中性粒細胞被認為參與了免疫監(jiān)測[31-32]，而肝臟中的中性粒細胞被認為具有清除作用[33]。Jhunjhunwala等[34]證明腹膜植入微囊會引起嗜中性粒細胞數(shù)量的慢性增加。然而，腹膜微膠囊植入后既沒有觀察到骨髓中性粒細胞數(shù)目的增加，也沒有觀察到骨髓中增殖性髓系祖細胞的增加。相反，腹膜微膠囊植入后第1、2、4周，在脾臟中觀察到較大比例的增殖性髓系祖細胞，表明脾臟中髓樣細胞的產量增加。此外，脾切除術導致腹腔中的中性粒細胞數(shù)量降低，這表明在這種微囊植入模型中，脾中性粒細胞至少在一定程度上負責維持腹腔中較高的中性粒細胞數(shù)量。小鼠肺腺癌模型的初步證據(jù)表明，脾中性粒細胞及其祖細胞可能參與維持與腫瘤相關的中性粒細胞數(shù)量[35]。雖然已有研究證明髓外器官中的確有中性粒細胞的存在，但心肌梗塞后髓外器官來源的中性粒細胞有何功能仍有待進一步探究。

4 心肌梗死后其他免疫細胞的表型及其功能

心肌梗死引起心肌細胞壞死，可立即激活免疫反應，促進心臟修復。淋巴細胞由T細胞、B細胞和NK細胞組成，在心肌梗死后的先天性和適應性免疫應答中均具有廣泛的作用。然而，在心肌愈合的情況下，淋巴細胞卻很少受到關注。

Zouggari等[14]發(fā)現(xiàn)成熟B淋巴細胞通過分泌趨化因子CCL7誘導骨髓釋放Ly6C+單核細胞，導致心肌損傷和不良重構。已有研究表明用骨髓細胞治療心肌梗塞可改善嚙齒動物心肌梗塞后的心臟功能，但骨髓細胞治療的臨床試驗效果較差[36]。究其原因，是臨床發(fā)生心肌梗塞的患者年齡較大，流式細胞儀顯示老年供體骨髓中的B細胞較少。此外，B細胞耗竭會降低年輕健康供體骨髓細胞的治療效果，植入完整或溶解的B細胞可改善心臟功能，表明B細胞在心肌梗塞后骨髓細胞治療中起著重要的旁分泌作用[37]。

臨床研究發(fā)現(xiàn)在ST段抬高型心肌梗死患者中，經皮冠狀動脈介入治療后24 h內循環(huán)T淋巴細胞亞群急劇下降。對這些患者的心臟磁共振評估顯示，經皮冠狀動脈介入治療后1周和6個月時24 h循環(huán)T淋巴細胞數(shù)量與梗死面積呈負相關[38]。缺血性損傷后心肌修復涉及一系列炎癥事件，循環(huán)中性粒細胞和單核細胞的短暫補充之后是巨噬細胞的強烈浸潤。幾天內，巨噬細胞逐漸從清除壞死和凋亡碎片所需的促炎的M1型表型向抗炎的M2型表型轉變，表現(xiàn)出多種促再生功能，如基質重建和促進血管生成[39]。有報道稱調節(jié)性T細胞可在愈合心肌內誘導M2型巨噬細胞極化，并與肌成纖維細胞激活和單核細胞/巨噬細胞來源的蛋白表達增加相關，從而促進傷口愈合[40]。心肌梗塞后，調節(jié)性T細胞耗竭會導致心臟功能下降以及炎性細胞大量浸潤。相反，注射調節(jié)性T細胞可減少梗塞面積，保留收縮力并增加增殖性心肌細胞的數(shù)量，表明調節(jié)性T細胞可以旁分泌方式促進心肌細胞的增殖，并能改善心肌梗塞的預后[41]。

NK細胞是一種細胞毒性淋巴細胞，對急性免疫系統(tǒng)至關重要。心肌梗死患者的NK細胞總數(shù)和細胞比例均減少[42]。一項最新研究報道，慢性NK細胞缺乏與低度的慢性炎癥有關，這表明NK細胞在動脈粥樣硬化和心肌梗死的愈合中具有保護作用[43]。

5 總結與展望

心肌梗死后發(fā)展為心力衰竭的患者仍然有很高的死亡風險，限制缺血性損傷和慢性左心室重塑可預防梗塞后心力衰竭。梗死愈合可能會提供額外的治療機會，其中短暫干預可能會對心臟功能產生持久影響。體外和體內研究表明，心肌梗塞后通過激活TGF-β調節(jié)白細胞表型和活性可協(xié)調免疫和炎癥反應。TGF-β對淋巴細胞、單核細胞和巨噬細胞的影響可以是刺激性的，也可以是抑制性的，取決于環(huán)境、細胞分化狀態(tài)和細胞的組織起源[44]，這突出了細胞因子的多效性。目前的研究還無法對急性心肌梗死患者使用大量的藥物改良劑進行抗炎治療。為了實現(xiàn)解決心臟愈合中炎癥的這一特定目標，心臟病理學中的白細胞多樣性和白細胞周圍的環(huán)境，特別是肥胖、糖尿病和高血壓與衰老相結合的環(huán)境仍有待進一步了解。這將有助于引導臨床前研究重點，以了解白細胞的來源和種類，還有助于開發(fā)新的治療方法并優(yōu)化炎癥的解決，并具有重要的轉化價值。