李俊霖 韓虎魁 程攀科, 李剛, 陶劍虹,

(1.電子科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院,四川 成都 611731; 2.電子科技大學(xué)附屬醫(yī)院 四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院心血管內(nèi)科,四川 成都 610072)

隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展,心血管疾病危險(xiǎn)因素對居民健康的影響日益顯著。雖然心肌梗死的治療方式在過去幾十年間得到了迅速發(fā)展,但中國急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)的死亡率仍呈總體上升趨勢[1]。早期溶栓或介入治療是目前減少心肌梗死面積和改善臨床結(jié)果最有效的方法,但再灌注可能造成心肌缺血再灌注損傷(myocardial ischemia reperfusion injury,MIRI)。因此,亟需尋找新的治療方法以縮小心肌梗死面積、保護(hù)左心室收縮功能、預(yù)防心力衰竭的發(fā)生,提高再灌注AMI患者的生存率。MIRI與局部炎癥微環(huán)境密切相關(guān)。隨著對免疫學(xué)和炎癥反應(yīng)的深入研究,調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cell,Treg)因在各種疾病中具有調(diào)節(jié)免疫和促進(jìn)康復(fù)的作用,受到了人們的廣泛關(guān)注。叉頭框蛋白P3(forkhead box protein P3,Foxp3)是叉狀頭轉(zhuǎn)錄因子家族中的一個成員,在Treg的發(fā)育和發(fā)揮功能中起關(guān)鍵作用[2]。Foxp3+Treg參與維持免疫平衡和控制炎癥。AMI后,Foxp3+Treg可通過抑制炎癥和直接保護(hù)心肌細(xì)胞來防止心室重塑,改善心臟功能[3]。因此,對Foxp3+Treg在MIRI中的作用進(jìn)行綜述具有重要的理論和臨床意義。

1 MIRI的定義

AMI后,當(dāng)持續(xù)缺血的心肌再次接受血液供應(yīng),可引發(fā)各種形式的細(xì)胞死亡,并可能導(dǎo)致冠狀動脈微循環(huán)的毛細(xì)血管破裂和出血等損傷,這種在缺血組織細(xì)胞恢復(fù)血流灌注過程中發(fā)生的心肌損傷稱為MIRI[4]。MIRI會進(jìn)一步加重心肌缺血性損傷的程度。研究[5]表明,MIRI所增加的梗死面積可能占最終心肌梗死面積的50%。MIRI可分為4種類型,包括心肌頓抑、無復(fù)流現(xiàn)象、再灌注心律失常及致死性再灌注損傷[6]。其中無復(fù)流現(xiàn)象不可逆,心肌頓抑及再灌注心律失常在一段時間后可恢復(fù)。因此,研究聚焦于致死性再灌注損傷。致死性再灌注損傷與缺血性損傷不同,再灌注會加重缺血心肌細(xì)胞損傷并參與決定心肌梗死的最終面積[5]。涉及MIRI的因素很多,包括炎癥、氧化應(yīng)激和細(xì)胞死亡等。這些因素中,炎癥在誘發(fā)和加重?fù)p傷中起著重要作用。雖然免疫炎癥對于心臟損傷和修復(fù)是必需的,但持續(xù)的促炎反應(yīng)可能導(dǎo)致左心室重塑不良。因此,及時消除炎癥滲入并將炎癥反應(yīng)和修復(fù)反應(yīng)限制在梗死區(qū),是實(shí)現(xiàn)梗死區(qū)最佳愈合的關(guān)鍵[7]。

2 Foxp3+Treg的定義及其參與的免疫調(diào)節(jié)

1970年,Gershon和Kondo[8]最初發(fā)現(xiàn)T細(xì)胞不僅可增強(qiáng)免疫反應(yīng),還可抑制免疫反應(yīng),并稱之為“抑制性T細(xì)胞”。直到2003年,有研究[2]才確定了Foxp3是Treg的主要轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子,在Treg的發(fā)育和發(fā)揮功能中起關(guān)鍵作用。Foxp3是由X染色體編碼的叉狀頭轉(zhuǎn)錄因子,當(dāng)Foxp3編碼的轉(zhuǎn)錄因子存在遺傳缺陷時,會導(dǎo)致Treg缺乏并誘導(dǎo)人類和小鼠的自身免疫和炎癥綜合征[9]。

Foxp3+Treg占CD4+T細(xì)胞的5%～10%,根據(jù)發(fā)育部位的不同,Foxp3+Treg可分為3種主要類型:胸腺誘導(dǎo)的Treg、外周誘導(dǎo)的Treg、體外誘導(dǎo)的Treg。Foxp3+Treg是一把“雙刃劍”。它們介導(dǎo)的免疫抑制是負(fù)調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的重要機(jī)制,在自身免疫性炎癥、變態(tài)反應(yīng)、急慢性感染、癌癥和代謝性炎癥中發(fā)揮關(guān)鍵作用[10]。增加Foxp3+Treg數(shù)量或增強(qiáng)其抑制功能可能對治療自身免疫性疾病和抑制同種異體移植排斥反應(yīng)有益。然而,免疫反應(yīng)的過度抑制同樣會維持宿主穩(wěn)態(tài),從而增加病原體的存活率,進(jìn)而提高病原體生存的長期持久性[11]。此外,Foxp3+Treg介導(dǎo)的免疫抑制是腫瘤免疫逃逸機(jī)制之一,也是腫瘤免疫療法的主要障礙[12]。盡管耗竭Foxp3+Treg可有效喚起小鼠的抗腫瘤免疫力,但可能對自身免疫產(chǎn)生不利影響[13]。因此,在利用Foxp3+Treg作為治療手段時,需平衡其作用和不良后果之間的關(guān)系。

3 Foxp3+Treg與MIRI

心肌再灌注治療是目前減少心肌梗死面積和改善臨床結(jié)果最有效的方式。然而,MIRI削弱了再灌注治療的獲益。Foxp3+Treg已被證明通過多種途徑對MIRI有改善作用(圖1)。缺血心肌組織中的Foxp3+Treg可發(fā)揮抗細(xì)胞凋亡、抗炎、抗氧化和減輕左心室重塑的作用[14]。在MIRI前選擇性地耗竭Foxp3+Treg會增加梗死面積。動物模型中心肌缺血再灌注后7 d,耗竭Foxp3+Treg小鼠的心臟擴(kuò)張性和肥厚性重構(gòu)顯著增加[15]。DEREG小鼠模型可完全耗竭Foxp3+Treg。在MIRI后24 h,DEREG小鼠的心肌梗死面積明顯增加,肌鈣蛋白T水平明顯升高,心臟功能下降。但通過過繼轉(zhuǎn)移Foxp3+Treg可減少梗死面積并改善心臟功能[16]。

注:LAG-3,淋巴細(xì)胞活化基因-3;MHC,主要組織相容性復(fù)合體;CTLA-4,細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原4;IL,白細(xì)胞介素;TGF-β,轉(zhuǎn)化生長因子-β;OX40,腫瘤壞死因子受體超家族成員4;OX40L,OX40配體;PD-1,程序性死亡受體1。

3.1 Foxp3+Treg主動靶向缺血心肌

AMI后,Foxp3+Treg可主動靶向缺血心肌。有研究[16]表明,在再灌注后,缺血心肌中的Foxp3+Treg數(shù)量在5 min后開始升高,6 h到達(dá)峰值,并持續(xù)增加至24 h,但全身Foxp3+Treg總數(shù)無明顯變化。類似研究發(fā)現(xiàn),在再灌注后的7 d內(nèi),梗死區(qū)域Foxp3+Treg不斷增加,并在第3天達(dá)到峰值。進(jìn)一步研究[17]發(fā)現(xiàn),大約95%的Foxp3+Treg在心肌梗死后由循環(huán)系統(tǒng)中募集到梗死的心肌。多種途徑可能促使Foxp3+Treg募集于心肌中。其中趨化因子受體5的作用尤為重要,它參與介導(dǎo)心肌梗死后缺血心肌Foxp3+Treg的募集并增強(qiáng)白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-10的表達(dá)[18]。此外,IL-33/可溶性生長刺激表達(dá)基因2蛋白也可能介導(dǎo)了Foxp3+Treg從循環(huán)系統(tǒng)募集到心臟[17]。

3.2 Foxp3+Treg調(diào)節(jié)先天性免疫反應(yīng)

Foxp3+Treg在調(diào)節(jié)先天性免疫反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。Foxp3+Treg可能通過誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞產(chǎn)生具有免疫抑制特性的IL-10、轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)、吲哚胺2,3-雙加氧酶和血紅素加氧酶-1來直接調(diào)節(jié)先天性免疫反應(yīng)[19]。此外,Foxp3+Treg具有直接調(diào)節(jié)中性粒細(xì)胞功能和壽命的能力,激活的Foxp3+Treg可抑制中性粒細(xì)胞產(chǎn)生活性氧中間產(chǎn)物和細(xì)胞因子,影響中性粒細(xì)胞的功能和存活,并參與誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞凋亡和死亡[20]。MIRI后,Foxp3+Treg被迅速激活,而在再灌注前給予IL-2/抗IL-2復(fù)合物可以誘導(dǎo)心臟和脾臟的Foxp3+Treg增殖,減少輔助性T細(xì)胞(helper T cell,Th)1和Th17的數(shù)量,改善心臟功能,減輕炎性細(xì)胞浸潤和細(xì)胞凋亡[21]。Foxp3+Treg同樣可調(diào)節(jié)在先天性免疫反應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用的巨噬細(xì)胞。Foxp3+Treg可通過調(diào)節(jié)單核細(xì)胞-巨噬細(xì)胞的分化來有利地影響AMI后的傷口修復(fù)。此外,Foxp3+Treg還可以活化肌成纖維細(xì)胞,增加促進(jìn)傷口修復(fù)的單核細(xì)胞-巨噬細(xì)胞衍生蛋白表達(dá),促進(jìn)巨噬細(xì)胞極化為抗炎M2表型,抑制其極化為促炎M1表型[22]。細(xì)胞因子在Foxp3+Treg的調(diào)節(jié)功能中也發(fā)揮重要作用。Foxp3+Treg分泌的抑制性細(xì)胞因子,如IL-10和TGF-β,對改善MIRI具有重要作用。IL-10可抑制腫瘤壞死因子-α和一氧化氮的產(chǎn)生,并抑制MIRI中的中性粒細(xì)胞浸潤[23]。TGF-β則可以通過減輕心肌細(xì)胞凋亡及抑制基質(zhì)金屬蛋白酶-1的產(chǎn)生,從而改善MIRI[24]。然而,一些研究[16]認(rèn)為IL-10及TGF-β并非Foxp3+Treg在MIRI后心臟保護(hù)作用的關(guān)鍵介質(zhì),敲除IL-10或抑制TGF-β并不能消除Foxp3+Treg對MIRI的改善作用。相反,這些研究者[16]認(rèn)為CD39可能介導(dǎo)了Foxp3+Treg的心肌保護(hù)作用,CD39可能通過促進(jìn)腺苷產(chǎn)生,調(diào)節(jié)Akt和ERK通路、抑制心肌細(xì)胞凋亡和減少中性粒細(xì)胞浸潤實(shí)現(xiàn)其作用。Foxp3+Treg通過TGF-β的抑制作用可有效抑制自然殺傷細(xì)胞(natural killer cell,NK細(xì)胞),盡管活化的NK細(xì)胞對Foxp3+Treg的抑制作用具有抵抗能力[25]。此外,Foxp3+Treg還能通過顆粒酶B和穿孔素依賴的方式誘導(dǎo)NK細(xì)胞和CD8+T細(xì)胞死亡[26]。另外,Foxp3+Treg可以阻斷樹突狀細(xì)胞的功能和成熟,誘導(dǎo)其分泌抑制因子TGF-β,從而有效抑制效應(yīng)T細(xì)胞的啟動和分化?；罨腇oxp3+Treg也被證明能消除ATP相關(guān)效應(yīng),它們表達(dá)的CD39還可以將ATP或ADP降解為AMP,從而抑制ATP驅(qū)動的樹突狀細(xì)胞成熟[27]。

3.3 Foxp3+Treg調(diào)節(jié)適應(yīng)性免疫反應(yīng)

Foxp3+Treg在適應(yīng)性免疫反應(yīng)中同樣扮演重要的調(diào)節(jié)角色。通過表達(dá)誘導(dǎo)細(xì)胞程序性死亡的顆粒酶,Foxp3+Treg可以誘導(dǎo)效應(yīng)T細(xì)胞凋亡,從而影響其功能[28]。Foxp3+Treg還可以通過高表達(dá)CD25,競爭性地利用IL-2,從而導(dǎo)致效應(yīng)T細(xì)胞的代謝紊亂并誘導(dǎo)其凋亡[29]。此外,Foxp3+Treg既可以抑制幫助B細(xì)胞產(chǎn)生自身抗體的Th,也可以通過顆粒胞吐途徑(包括穿孔素和顆粒酶)直接抑制B細(xì)胞反應(yīng),而不需要先抑制Th[30]。Foxp3+Treg可以通過程序性死亡受體1(programmed death-1,PD-1)直接抑制自身反應(yīng)性B細(xì)胞的增殖和活化,這種抑制是抗原特異性的,并且PD-1還可以誘導(dǎo)B細(xì)胞凋亡[31]。肥大細(xì)胞在適應(yīng)性免疫反應(yīng)中具有重要的調(diào)節(jié)作用,激活的肥大細(xì)胞是促炎介質(zhì)的重要來源,表達(dá)腫瘤壞死因子受體超家族成員4(tumor necrosis factor receptor superfamily member 4,OX40)的Foxp3+Treg和表達(dá)OX40配體的肥大細(xì)胞之間的相互作用在體外抑制了肥大細(xì)胞脫顆粒的程度,并抑制了體內(nèi)即刻超敏反應(yīng)的程度[32]。

3.4 Foxp3+Treg改善心室重塑

與心室重塑相關(guān)的多個過程,如間質(zhì)基質(zhì)的降解和膠原沉積、剩余心肌細(xì)胞的肥大和凋亡、瘢痕形成和心室擴(kuò)張,都與炎癥有關(guān)。Foxp3+Treg通過抑制炎性細(xì)胞浸潤和直接保護(hù)心肌細(xì)胞,從而抑制不利的心室重塑和維持心臟功能[17]。Foxp3+Treg還分泌IL-10激活心臟中的神經(jīng)調(diào)節(jié)素-1,促進(jìn)前體細(xì)胞的增殖并通過控制中性粒細(xì)胞和誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞極化間接調(diào)節(jié)心肌再生[22]。過繼轉(zhuǎn)移的Foxp3+Treg可通過產(chǎn)生IL-10和直接的細(xì)胞-細(xì)胞相互作用來減少心肌細(xì)胞肥大、炎癥和纖維化[33]。此外,Foxp3+Treg抑制成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞分化,下調(diào)促纖維化基質(zhì)金屬蛋白酶,從而防止不利的左心室重塑[15]。同時,Foxp3+Treg通過細(xì)胞-細(xì)胞相互作用和IL-10的表達(dá)介導(dǎo)心肌細(xì)胞免受內(nèi)毒素誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[3]。值得注意的是,浸潤心肌的Foxp3+Treg高度表達(dá)富含半胱氨酸的酸性分泌蛋白,其可提高心肌梗死瘢痕中的膠原含量和成熟度,防止心肌梗死后心臟破裂并提高心肌梗死小鼠的存活率[17]。

然而,有研究[34]認(rèn)為Foxp3+Treg在促進(jìn)心肌纖維化方面可能具有雙重作用,其可釋放促纖維化因子TGF-β,同時也可分泌IL-10抑制Th17介導(dǎo)的心肌纖維化。AMI后,Foxp3+Treg的增加可能促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)的沉積和瘢痕形成,進(jìn)一步促進(jìn)心肌纖維化,因?yàn)橥ㄟ^Foxp3+Treg與巨噬細(xì)胞的體外共培養(yǎng)發(fā)現(xiàn),Foxp3+Treg增加骨橋蛋白和精氨酸酶-1等與愈合相關(guān)的基因表達(dá)[22]。雖然Foxp3+Treg對心肌纖維化和心力衰竭的作用仍存在爭議,但以上研究結(jié)果證實(shí)了Foxp3+Treg在心室重塑中的重要性,進(jìn)一步加深了對Foxp3+Treg、心肌細(xì)胞和心臟成纖維細(xì)胞之間密切關(guān)系的認(rèn)識。

4 Foxp3+Treg治療MIRI的研究

基于Foxp3+Treg對MIRI的改善作用,已有大量相關(guān)研究聚焦于通過增加缺血心肌組織中的Foxp3+Treg數(shù)量以改善MIRI。在缺血早期應(yīng)用N,N-二甲基鞘氨醇可能通過PI3K/Akt途徑募集Foxp3+Treg,在體內(nèi)對MIRI具有保護(hù)作用[35]。再灌注前應(yīng)用瑞舒伐他汀可減輕心臟損傷,減少炎性細(xì)胞浸潤,并增加Foxp3+Treg在心臟中的聚集[36]。再灌注前,將維達(dá)利汀納入MIRI標(biāo)準(zhǔn)治療方案可以通過募集Foxp3+Treg來提高其療效[37]。趨化因子受體4阻斷劑可增強(qiáng)MIRI后體內(nèi)Foxp3+Treg的動員,促進(jìn)梗死區(qū)域Foxp3+Treg的募集,增強(qiáng)器官免疫調(diào)節(jié)功能,減少梗死面積并改善左室射血分?jǐn)?shù)[38]?？诜}酸芬戈莫德(FTY720)可減少小鼠血液中淋巴細(xì)胞的數(shù)量,提高血液、脾和淋巴結(jié)中Foxp3+Treg的百分比,有效改善小鼠MIRI后左心功能并減小梗死面積[39]。骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞也被證實(shí)可促進(jìn)Foxp3+Treg上調(diào)IL-10和TGF-β的表達(dá),從而減輕MIRI所引起的心肌炎癥和細(xì)胞凋亡[40]。然而,由于AMI發(fā)展迅速,而細(xì)胞擴(kuò)增又需要一定的時間。直接移植細(xì)胞仍然面臨著多方面的挑戰(zhàn),例如免疫介導(dǎo)的排斥反應(yīng)、細(xì)胞來源的遺傳物質(zhì)不穩(wěn)定性或功能喪失以及細(xì)胞存活受限[41]。因此,提出了許多新的治療方案,例如用血小板膜偽裝Foxp3+Treg納米顆粒制備Foxp3+Treg仿生納米顆粒,已被證明可顯著減輕MIRI小鼠左心室重塑,改善心臟功能[14]。移植包含F(xiàn)oxp3+Treg的再生相關(guān)細(xì)胞所分泌的細(xì)胞外囊泡,也能通過將血管生成、抗纖維化、抗炎微RNA傳遞到缺血組織中,來增強(qiáng)MIRI后的心臟功能[42]。此外,有研究利用心肌梗死后微環(huán)境的改變,構(gòu)建了一個時間響應(yīng)性凝膠微球復(fù)合系統(tǒng),該系統(tǒng)可將高表達(dá)酸性分泌蛋白的Foxp3+Treg所衍生的細(xì)胞外囊泡靶向擴(kuò)增到梗死心肌,來減少M(fèi)IRI后心肌損傷,促進(jìn)心臟功能的改善[43]。雖然這些治療策略目前尚未應(yīng)用于臨床實(shí)踐,但可以預(yù)見,Foxp3+Treg治療MIRI具有廣闊的前景。

5 討論

在過去的30年中,實(shí)驗(yàn)研究已發(fā)現(xiàn)了一些心臟保護(hù)策略以減輕MIRI,然而目前還無有效的MIRI保護(hù)策略應(yīng)用于臨床實(shí)踐。

Foxp3+Treg是CD4+T細(xì)胞的一個亞群,其可通過抑制效應(yīng)T細(xì)胞的功能活性來維持免疫穩(wěn)態(tài)。Foxp3+Treg在抑制CD4+和CD8+T細(xì)胞的增殖及γ干擾素的產(chǎn)生、抑制樹突狀細(xì)胞的成熟和功能、增強(qiáng)抗炎M2巨噬細(xì)胞的分化以及減少單核細(xì)胞分泌促炎細(xì)胞因子等方面發(fā)揮重要作用。本文探討了Foxp3+Treg通過調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)在MIRI的作用。Foxp3+Treg是被廣泛認(rèn)知的Treg類型,通過選擇性擴(kuò)增Foxp3+Treg可有效改善MIRI引起的炎癥反應(yīng)。雖然目前尚未進(jìn)行臨床試驗(yàn),但可以肯定的是,充分利用Foxp3+Treg是一種很有前途的防治MIRI的新策略。未來的研究應(yīng)進(jìn)一步解決如何擴(kuò)增Foxp3+Treg的數(shù)量并保持其穩(wěn)定性,如何引導(dǎo)它們靶向梗死區(qū)域以及如何提高其在輸注后的駐存時間等問題,以便將這一新策略成功地轉(zhuǎn)化為治療MIRI的有效臨床方法。