心肌缺血再灌注损伤的免疫学机制研究进展

心肌缺血再灌注损伤的免疫学机制研究

进展

夏霓，程翔（华中科技大学同济医学院附属协和医院　心内科，武汉　430022）

基金项目：国家自然科学基金项目（81170303和81222002）；国家基础研究项目（973项目，2013CB531100）；新

世纪优秀人才支持计划（NCET-09-0380）通讯作者：程翔 Email ：nathancx@

急性心肌梗死（acute myocardial infarction ，AMI ）后，早期而有效的再灌注治疗是减小梗死面积并改善临床预后最有效的手段。然而，恢复缺血区的血流灌注会使再灌注前尚有活力的心肌细胞死亡，原有的缺血性损伤加重，导致梗死面积增大，被称为心肌缺血再灌注损伤（myocardial ischemia reperfusion injury ，MIRI ）[1]。由于MIRI 的存在，AMI 后尽管得到最佳再灌注治疗仍有接近10%的患者发生死亡，而AMI 后心力衰竭的发生率也高达25%[2]。缺血的心肌恢复血流后，由于补体的激活和氧自由基的大量产生，白细胞被迅速募集到心肌，产生蛋白水解酶和氧自由基，从而导致损伤的发生发展，因此抗原非依赖性的天然免疫应答被认为是MIRI 的重要特征[3]。最近，作为主要介导适应性免疫应答的T 细胞和B 细胞被研究证实参与了各种器官的缺血再灌注损伤[4]，并在MIRI 中日益受到关注。本文就MIRI 中的免疫炎症机制进展作一简要回顾。

尽管没有感染，缺血再灌注与对抗微生物入侵的免疫反应激活有很多共同之处。在缺血再灌注中的无菌炎性反应涉及危险相关分子模式（danger-associated molecular pattern ，DAMP ）及其所激活的Toll 样受体（Toll-like receptor ，TLR ），天然免疫细胞的募集和激活以及适应性免疫系统的激活。1　天然免疫应答

1.1　TLR TLR 最早被认为识别病原相关分子模式（pathogen-associated molecular ，PAMP ），作为

抵抗病原微生物入侵的第一道防线；然而随后的研究表明，许多没有病原体的疾病TLR 也参与其中。组织损伤释放的内源性配体，即DAMP 可以识别TLR ，从而启动天然免疫应答[5]。在MIRI 中，不同阶段所激活的TLR 信号通路所起的作用也不尽相同。用TLR4[6]或TLR2[7]的配体预处理小鼠，能通过激活促生存的信号通路减轻随后的缺血再灌注损伤。Dong 等[8]的研究更证明TLR2–TIRAP-依赖性的信号通路介导缺血预适应。这些研究证实早期的TLR 信号通路激活在MIRI 中发挥保护作用。然而TLR 的持续激活则被证实有害，说明其在MIRI 中的双重作用。TLR2[9]，TLR4[10]或MyD88[11]遗传缺陷的小鼠均表现为炎性反应和氧化应激受到抑制，梗死面积减小。TLR2的拮抗性抗体OPN-301[9]或脂多糖（LPS ）与TLR4的竞争性抑制剂eritoran [12]均能减轻MIRI ，提示TLR2和TLR4可作为MIRI 的潜在性治疗靶点。1.2　补体　补体系统可通过3条途径被激活，分别为经典途径、凝集素途径和旁路途径。这3条通路最终都导致C3的降解，C5的激活，形成膜攻击复合体。C5a 是中性粒细胞的强趋化因子，通过上调CD11b/CD18（Mac-1）的表达，诱导中性粒细胞和内皮的牢固黏附以及随后的中性粒细胞穿内皮移行[13]。C5a 还能通过上调超氧化物增强中性粒细胞的氧化应激[14]。在心肌缺血性疾病中，对补体系统的研究最早开始于1971年的大鼠AMI 模型[15,16]。补体激活的3条途径都参与了MIRI 的疾病进程，而最近的研究表

明凝集素途径在其中的作用要大于其余二者。凝集素途径最早由识别循环病原体的甘露醇结合凝集素（MBL）所激活。在MIRI中，凝集素以抗体非依赖性的方式被激活，MBL被抑制后，中性粒细胞的浸润减少，心肌损伤也减轻[16]。MBL缺乏的小鼠（凝集素途径缺陷，经典途径和旁路途径是完整的）MIRI减轻，而C1q（经典途径的主要成分之一）的缺乏则对MIRI没有影响[17]。针对C3和C5的各种干预手段在动物MIRI中取得了很好的治疗效果[5]。

1.3　肥大细胞　再灌注15分钟内，心脏驻留的肥大细胞脱颗粒，并释放各种促炎性介质，如肿瘤坏死因子、组胺和蛋白酶。随后这些促炎性介质激活内皮、驻留的单核巨噬细胞以及浸润的中性粒细胞[18]。C3a和C5a在这一过程中被大量释放，加速肥大细胞释放组胺，并加剧水肿[19]。这一极早期的反应，以心脏驻留肥大细胞和补体的激活，氧化应激和促炎性细胞因子/趋化因子的产生为特征，并进一步服务于激活内皮，诱导各种天然免疫细胞的募集以及它们之间的相互作用。在肥大细胞缺陷的小鼠（c-kit knockout，c-kit KO）中，研究者们得到了比较复杂的结果。在损伤后12小时之内，c-kit KO小鼠存活的心肌更多伴随系统白介素-6（IL-6）水平的降低，然而，几周以后c-kit KO小鼠左室直径增加，瘢痕厚度减小，从而显示了c-kit KO对MIRI后心室重塑的保护作用[20]。由于c-kit KO小鼠还存在其他造血细胞的缺陷，因此，肥大细胞在MIRI中的直接作用还很难定义[21]。

1.4　中性粒细胞　中性粒细胞由缺血期心肌所释放的趋化介质募集到再灌注的心肌，这些趋化介质[肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、IL-18、IL-6、血小板活化因子（PAF）、补体和白三烯]由此启动中性粒细胞和内皮的黏附。再灌注早期，中性粒细胞的聚集和再灌注损伤的发展联系紧密[22]。这种联系被早期几项关注中性粒细胞浸润的时间趋势和损伤进展的研究相继证实。Smith等[23]在大鼠30分钟缺血和96小时再灌注的模型中证实：①中性粒细胞于再灌注早期聚集到缺血区；②中性粒细胞的活性于再灌注24小时内达高峰；③髓过氧化物酶（中性粒细胞嗜天青颗粒的特异性酶）的活性与肌酸激酶的释放在再灌注24小时内呈正相关，而24小时后这种相关性消失。随后，Dreyer等[24]应用放射性核素标记的中性粒细胞研究了再灌注4小时内这种细胞在心肌聚集的情况。再灌注1小时，中性粒细胞的聚集速度最快，在第2～4小时虽然仍持续聚集但是速度减慢。

快速募集的中性粒细胞发挥作用的机制主要包括：产生氧自由基，释放脱颗粒产物以及花生烯酸代谢产物和血小板激活因子。中性粒细胞在炎症的刺激下产生大量的超氧阴离子，过氧化氢以及羟自由基[22]。这些氧自由基促进内皮细胞释放促炎性介质，表达黏附分子[25]，并且增加内皮的渗透性[26,27]。此外，过氧亚硝酸盐和次氯酸等细胞毒性物质都是在氧自由基的作用下产生的。中性粒细胞脱颗粒释放各种酶类，包括弹性蛋白酶、胶原酶、脂肪氧化酶、磷脂酶等，介导组织的损伤。中性粒细胞激活产生白三烯和PAF，这二者进一步促进中性粒细胞的趋化、脱颗粒和黏附，从而放大中性粒细胞介导的损伤[22]。中性粒细胞与内皮的黏附会导致内皮功能障碍。中性粒细胞与健康的冠状动脉环共培养，由于超氧阴离子中和了舒张血管的一氧化氮，从而引起冠状动脉的持续收缩[28]。

1.5　单核细胞　一般认为单核细胞是一群同源性的细胞巡逻在血管周围，收到特定信号后进入组织，分化为巨噬细胞，随后发挥效应。然而最近的一项研究却表明在MIRI中单核细胞能从脾脏的储存库募集到损伤组织参与疤痕的愈合。首先是炎症性的Ly-6c Hi单核细胞被迅速募集，随后是Ly-6c low单核细胞，并且在第7天浸润的细胞被迅速的清除，这与心肌梗死模型是不同的[29]。

单核细胞与中性粒细胞在无菌性炎症中是高度相互依存的关系。在肺的缺血性损伤中，相对较少的Ly-6c Hi单核细胞在中性粒细胞浸润之前被迅速募集[30]。在缺血再灌注中，中性粒细胞穿过内皮细胞的屏障与单核细胞形成短暂的局灶性细胞簇。有趣的是，若是没有单核细胞，中性粒细胞虽能与内皮紧密黏附，但是却不能迁移到间质中，从而说明单核细胞可能是趋化物的来源，也进一步说明了