王萬(wàn)虹，史波，張榮林，丁浩，李錦爽，李志龍，葉力碩

作者單位：1南京鼓樓醫(yī)院集團(tuán)宿遷醫(yī)院、徐州醫(yī)科大學(xué)附屬宿遷醫(yī)院，江蘇 宿遷 223800；

2宿遷市中醫(yī)院，江蘇 宿遷 223800；

3江西財(cái)經(jīng)大學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)院，江西 南昌 333000

冠心病仍然是心血管疾病中對(duì)人類健康危害最大的疾病，也是心血管疾病中發(fā)生猝死最常見(jiàn)的疾?。?-2］。既往文獻(xiàn)報(bào)道信號(hào)傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活子4（transcriptional activator 4，STAT4）在多種器官組織中表達(dá)，尤其在淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中較高表達(dá)［3-5］。STAT4 在Th1/Th2 淋巴細(xì)胞分化中作用重大，尤在Th1 中較顯著［6］。STAT4可以通過(guò)抑制Eoxp3+的調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞反應(yīng)，促進(jìn)自身免疫疾病的發(fā)生［7］。文獻(xiàn)報(bào)道STAT4基因敲除小鼠除了白細(xì)胞介素12（IL-12）反應(yīng)受損外，還有更多T 輔助淋巴細(xì)胞向Th2 分化［8-9］。有研究發(fā)現(xiàn)螺旋B表面肽（helix B surface peptide，HBSP）可使腫瘤壞死因子-α（TNF-α）水平降低、M1 型巨噬細(xì)胞的數(shù)量減少、M1/M2 型巨噬細(xì)胞比例降低、抑制內(nèi)皮細(xì)胞凋亡以及促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M2型極化，從而抑制AS。HBSP 或可作為干預(yù)冠狀動(dòng)脈病變的新靶點(diǎn)；更有研究指出冠心病病人心外膜脂肪組織巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)較非冠心病病人更明顯，表明冠心病的嚴(yán)重程度與M1/M2 型巨噬細(xì)胞成正比［10］。本研究自2020 年3—10 月探討STAT4 信號(hào)通路在脂肪酶（LPS）/Toll樣受體4（TLR4）調(diào)控M1/M2 型巨噬細(xì)胞分化的作用及機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 野生型和STAT4-KO 小鼠共40 只，4～8 周齡，體質(zhì)量為19～22 g，由南京大學(xué)模式動(dòng)物中心引進(jìn)。小鼠飼養(yǎng)于南京醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心SPF 級(jí)屏障系統(tǒng)動(dòng)物房，按照SPF 級(jí)飼養(yǎng)條件飼養(yǎng)。本研究符合一般動(dòng)物實(shí)驗(yàn)倫理學(xué)原則。

1.2 主要試劑及儀器 DMEM 培養(yǎng)基（美國(guó)，Hy-Clone）、ELISA、Q-RTPCR 試劑盒（Abcam 公司）、HERAcell VISO160i 型二氧化碳恒溫培養(yǎng)箱（美國(guó)Thermo 公司）、兔抗小鼠F4/80，iNOS，F(xiàn)TLR4，CD40，CD14，CD11b，Arg-1和CD206多克隆抗體（BD公司，美國(guó)）；電泳儀、圖像采集和圖像分析系統(tǒng)（Bio-Rad，美國(guó)）等。

1.3 方法

1.3.1 建立動(dòng)脈內(nèi)膜拉傷-增生模型 將野生型和STAT4-KO 小鼠用導(dǎo)絲拉傷頸動(dòng)脈內(nèi)膜，建立內(nèi)皮損傷-修復(fù)模型。以超聲心動(dòng)圖及病理改變作為建模成功的觀察指標(biāo)。分為野生型和STAT4-KO組。

1.3.2 流式細(xì)胞術(shù)分析M1/M2 型巨噬細(xì)胞在外周血和損傷血管內(nèi)的變化 取各組小鼠外周血0.5 mL 于流式上樣管，按F4/80，iNOS，F(xiàn)TLR4，CD40，CD14，Arg-1 和CD206 抗體說(shuō)明書(shū)，根據(jù)抗體組合方案，每管分別加5μL 抗體，避光孵育20 min；71.6×g離心5 min，棄上清，PBS 清洗，54.8×g 離心5 min，收集沉淀加500μL PBS 重懸，300 目篩子過(guò)濾，30 min內(nèi)上機(jī)檢測(cè)，Cell Quest軟件進(jìn)行細(xì)胞分類分析。

1.3.3 免疫熒光雙染檢測(cè)M1，M2 型巨噬細(xì)胞的表達(dá) 14 d 后將大鼠處死，制備肝組織石蠟切片。取兩組的大鼠肝組織石蠟切片進(jìn)行組織免疫熒光染色，CD163 抗體（1∶100）標(biāo)記M1、M2 型巨噬細(xì)胞（紅色），6-二脒基-2-苯基吲哚（DAPI）標(biāo)記細(xì)胞核（藍(lán)色），分別于波長(zhǎng)559 nm 和340 nm 激發(fā)光熒光倒置顯微鏡下觀察拍照，Adobe Photoshop 軟件合成圖片，用Image J 軟件計(jì)算鏡下5 個(gè)視野（×200倍）內(nèi)CD163+標(biāo)記M1、M2 型巨噬細(xì)胞的陽(yáng)性表達(dá)率。

1.3.4 實(shí)時(shí)熒光定量PCR（q-RT PCR）檢測(cè)STAT4和TLR4的表達(dá) 用q-RT PCR法檢測(cè)各組STAT4和TLR4 的表達(dá)變化，RNA 的提取、逆轉(zhuǎn)錄以及q-RT PCR 都按照試劑盒的說(shuō)明書(shū)操作進(jìn)行。β-actin 作為STAT4 和TLR4 的內(nèi)參，通過(guò)2-ΔΔCt公式分析得到其表達(dá)情況。引物序列見(jiàn)表1。

表1 引物序列

1.3.5 酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)（ELISA）檢測(cè)血管生長(zhǎng)因子VEGF、PDGF-BB 變化 選取相應(yīng)處理后的細(xì)胞培養(yǎng)上清用于VEGF、PDGF-BB 的ELISA 檢測(cè)，向相應(yīng)的樣品孔中加入與其對(duì)應(yīng)的樣品，37 ℃放置90 min；向每個(gè)孔中加入100μL 生物素化的抗體工作液，于37 ℃下放置1 h；每個(gè)孔中加100μL酶結(jié)合工作液，37 ℃放置30 min ；每個(gè)孔中加90 μL 底物溶液（TMB），37 ℃下避光放置15 min 左右；往每個(gè)孔中加50 μL 終止液；測(cè)量各孔的光密度（OD）值。建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后進(jìn)行計(jì)算。

1.3.6 巨噬細(xì)胞的分化情況 從STAT4KO 和WT小鼠骨髓分離CD11b+細(xì)胞，用集落刺激因子GMCSF 和脂肪酶（lipase，LPS）處理，分為WT con 組、WT+LPS 刺激組、STAT4KO con 組、STAT4KO+LPS刺激組。ELISA 法檢測(cè)M2 型巨噬細(xì)胞的誘導(dǎo)因子（IL-4）及M2型巨噬細(xì)胞分泌因子（IL-10）的mRNA表達(dá)。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 選用SPSS 24.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)資料以±s 表示。細(xì)胞分類分析采用重復(fù)測(cè)量數(shù)據(jù)方差分析，兩組均值比較采用t 檢驗(yàn)，多組均值比較采用單因素方差分析，定性資料用百分?jǐn)?shù)表示，組間比較采用χ2檢驗(yàn)。以P＜0.05為有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

2 結(jié)果

2.1 M1/M2 型巨噬細(xì)胞在外周血內(nèi)的變化 與野生組相比，STAT4-KO 組在術(shù)后1、4、7 和14 d 時(shí)M1型巨噬細(xì)胞F4/80+iNOS+，F(xiàn)4/80+IL-12 的細(xì)胞百分比降低（P＜0.05），而M2型巨噬細(xì)胞F4/80+Arg-1+和F4/80+CD206+的細(xì)胞百分比明顯升高（P＜0.05）。且M1型巨噬細(xì)胞F4/80+iNOS+及M2 型巨噬細(xì)胞F4/80+Arg-1+組別和時(shí)間的交互作用對(duì)細(xì)胞百分比的影響均差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=18.62、8.06，P＜0.05）。其中M1型巨噬細(xì)胞F4/80+iNOS+在第1、4、7、14天野生組和STAT4-KO 組細(xì)胞百分比均差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=8.90、77.29、68.29、54.00，P＜0.05），M2 型巨噬細(xì)胞F4/80+Arg-1+在第1、4、14 天野生組和STAT4-KO 組細(xì)胞百分比均差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=522.98、74.99、26.85，P＜0.05）。M1 型巨噬細(xì)胞F4/80+F4/80+IL-12 組別和時(shí)間對(duì)細(xì)胞百分比的影響差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=36.20、483.66，P＜0.05），其中時(shí)間具有主效應(yīng)，第1、4、7、14天細(xì)胞百分比兩兩比較均差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。M2 型巨噬細(xì)胞F4/80+CD206+組別和時(shí)間對(duì)細(xì)胞百分比的影響差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F=242.15、139.54，P＜0.05），其中時(shí)間具有主效應(yīng)，第1、4、7、14天細(xì)胞百分比兩兩比較均差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見(jiàn)表2，3。

表2 不同時(shí)間外周血M1型巨噬細(xì)胞F4/80+iNOS+，F(xiàn)4/80+IL-12的細(xì)胞百分比/（%，±s）

表2 不同時(shí)間外周血M1型巨噬細(xì)胞F4/80+iNOS+，F(xiàn)4/80+IL-12的細(xì)胞百分比/（%，±s）

組別野生組STAT4-KO組F值P值重復(fù)次數(shù)iNOS 1 d 3.60±0.51 2.04±0.85 18.62＜0.001 4 d 11.09±1.04 5.89±1.13 7 d 17.88±1.81 7.39±1.63 14 d 31.49±2.80 18.56±2.20 33 IL-12 1 d 5.55±0.47 4.32±0.51 2.80 0.076 4 d 10.95±1.38 8.77±0.93 7 d 16.33±1.76 13.14±1.37 14 d 22.52±1.84 18.03±1.68

表3 不同時(shí)間外周血M2型巨噬細(xì)胞F4/80+Arg-1+和F4/80+CD206+的細(xì)胞百分比/（%，±s）

表3 不同時(shí)間外周血M2型巨噬細(xì)胞F4/80+Arg-1+和F4/80+CD206+的細(xì)胞百分比/（%，±s）

組別野生組STAT4-KO組F值P值重復(fù)次數(shù)Arg-1 1 d 7.54±0.77 12.03±0.84 8.06 0.002 4 d 8.47±1.13 13.40±1.00 7 d 10.32±1.39 18.02±1.59 14 d 20.51±2.09 25.00±2.50 33 CD206 1 d 6.80±0.55 10.29±0.76 0.10 0.957 4 d 8.40±0.74 12.25±0.92 7 d 10.80±1.24 14.84±1.40 14 d 14.17±1.58 18.21±1.60

2.2 免疫熒光雙染檢測(cè)M1、M2 型巨噬細(xì)胞的表達(dá) STAT4-KO組的M1、M2型巨噬細(xì)胞陽(yáng)性表達(dá)率與野生組比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見(jiàn)表4。

表4 M1、M2型巨噬細(xì)胞的陽(yáng)性表達(dá)率比較/（%，±s）

表4 M1、M2型巨噬細(xì)胞的陽(yáng)性表達(dá)率比較/（%，±s）

組別野生組STAT4-KO組t值P值重復(fù)次數(shù)33 M1巨噬細(xì)胞11.14±1.49 9.42±0.41 4.98＜0.001 M2巨噬細(xì)胞48.73±5.89 89.48±10.43 15.22＜0.001

2.3 STAT4 和TLR4 的表達(dá)情況 STAT4 和TLR4在STAT4-KO 組中的表達(dá)量明顯較野生組低（P＜0.05），見(jiàn)表5。

表5 信號(hào)傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活子4（STAT4）、Toll樣受體4（TLR4）的表達(dá)情況比較/±s

表5 信號(hào)傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活子4（STAT4）、Toll樣受體4（TLR4）的表達(dá)情況比較/±s

組別野生組STAT4-KO組t值P值重復(fù)次數(shù)33 TLR4 0.89±0.08 0.47±0.06 18.46＜0.001 STAT4 1.31±0.07 0.23±0.04 58.00＜0.001

2.4 血管生長(zhǎng)因子VEGF、血小板衍生因子PDGFBB 的變化情況 血管生長(zhǎng)因子VEGF、血小板衍生因子PDGF-BB在STAT4-KO組中的表達(dá)量明顯較野生組高（P＜0.05），見(jiàn)表6。

表6 血管生長(zhǎng)因子VEGF、PDGF-BB的變化情況/±s

表6 血管生長(zhǎng)因子VEGF、PDGF-BB的變化情況/±s

組別野生組STAT4-KO組t值P值重復(fù)次數(shù)33 VEGF 3.14±0.91 9.28±1.02 20.09＜0.001 PDGF-BB 4.23±0.84 10.56±1.62 15.54＜0.001

2.5 巨噬細(xì)胞的分化情況 M2 型巨噬細(xì)胞的誘導(dǎo)因子（IL-4）及分泌因子（IL-10）在STAT4KO+LPS刺激組、WT+LPS 刺激組、STAT4KO con 組中的表達(dá)量明顯較WT con 組高（P＜0.05），其中STAT4KO+LPS刺激組表達(dá)量最為顯著。見(jiàn)表7。

表7 巨噬細(xì)胞的分化情況/±s

表7 巨噬細(xì)胞的分化情況/±s

組別WT con組WT+LPS刺激組STAT4KO con組STAT4KO+LPS刺激組F值P值重復(fù)次數(shù)3333白細(xì)胞介素-4 0.49±0.06 1.02±0.21 2.11±0.37 4.02±1.01 80.68＜0.001白細(xì)胞介素-10 0.98±0.14 1.22±0.36 2.91±0.42 5.29±1.31 77.04＜0.001

3 討論

大數(shù)據(jù)顯示，目前心血管疾病死亡率占居民疾病死亡率40%，遠(yuǎn)高于腫瘤和其他疾病，因此在中國(guó)開(kāi)展心肌保護(hù)和心肌再生醫(yī)學(xué)研究是非常有必要的。炎癥免疫反應(yīng)是一種損傷過(guò)程，近來(lái)免疫系統(tǒng)在血管再生中發(fā)揮的作用越來(lái)越得到重視。參與固有免疫應(yīng)答的細(xì)胞主要包括巨噬細(xì)胞、NK 細(xì)胞、NK1.1+T細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞和B-1細(xì)胞等［11-12］。微生物可以通過(guò)Toll樣受體介導(dǎo)的信號(hào)通路在固有免疫應(yīng)答中引起非T 細(xì)胞依賴的IL-12 分泌［13］。巨噬細(xì)胞根據(jù)其表面標(biāo)識(shí)、屬性和功能的不同，可分為經(jīng)典激活巨噬細(xì)胞（Ⅰ型，M1）和替代激活巨噬細(xì)胞（Ⅱ型，M2）。研究發(fā)現(xiàn)M1 型巨噬細(xì)胞通過(guò)γ-干擾素和細(xì)菌脂多糖（LPS）激活，可釋放大量的炎性因子IL-1、IL-6 等，促進(jìn)炎癥反應(yīng)，促進(jìn)心肌細(xì)胞的損傷和動(dòng)脈粥樣硬化（AS）病變的發(fā)展［14-15］；M2型巨噬細(xì)胞由IL-4、IL-13 和免疫復(fù)合物激活，表達(dá)IL-10等，起著抗炎的作用，促進(jìn)血管新生、組織修復(fù)［16-17］。M1/M2 型巨噬細(xì)胞可以參與炎癥反應(yīng)、促進(jìn)組織修復(fù)，并且與一些干細(xì)胞或者擁有祖細(xì)胞性質(zhì)的一些細(xì)胞產(chǎn)生一定程度的交互作用，可能在組織修復(fù)和重構(gòu)的過(guò)程中扮演著重要角色［18］。

本研究中，我們對(duì)STAT4信號(hào)通路在LPS/TLR4調(diào)控M1/M2 型巨噬細(xì)胞分化的作用及機(jī)制進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)與野生組對(duì)比，在STAT4 基因缺失組中術(shù)后1、3、7 和14 天時(shí)M1 型巨噬細(xì)胞F4/80+iNOS+，F(xiàn)4/80+IL-12 的細(xì)胞百分比降低，而M2 型巨噬細(xì)胞F4/80+Arg-1+和F4/80+CD206+的細(xì)胞百分比明顯升高。說(shuō)明STAT4 信號(hào)通路在M1、M2 巨噬細(xì)胞的分化過(guò)程中起著重要作用?？梢蕴嵘奘杉?xì)胞Arg-1 的表達(dá)水平，抑制iNOS的表達(dá)，促進(jìn)巨噬細(xì)胞的M2型極化發(fā)展。STAT4-KO 組的M1 巨噬細(xì)胞陽(yáng)性表達(dá)率為（9.42±0.41）%，野生組為（11.14±1.49）%，STAT4-KO 組的M2 巨噬細(xì)胞陽(yáng)性表達(dá)率為（89.48±10.43）%，野生組為（48.73±5.89）%，即表示抑制STAT 信號(hào)通路后，M1 型巨噬細(xì)胞得到抑制，而M2型巨噬細(xì)胞分化得到明顯增強(qiáng)。有研究指出，INF-γ引起的M1 型巨噬細(xì)胞極化主要是介導(dǎo)了酪氨酸激酶-信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子（JAK-STAT）的通路，通過(guò)激活JAK1 和JAK1 激酶后使轉(zhuǎn)錄因子STAT1發(fā)生磷酸化，從而引起M1 型標(biāo)志分子的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，IL-12 通過(guò)刺激JAK2 和酪氨酸激酶2 活性，使STAT4 的磷酸化后參與M1 型巨噬細(xì)胞的極化［19］。STAT4 和TLR4 在STAT4-KO 組中的表達(dá)量明顯較野生組低，血管生長(zhǎng)因子VEGF、PDGF-BB 在STAT4-KO 組中的表達(dá)量明顯較野生組高，說(shuō)明在STAT4 基因的缺失可以明顯促進(jìn)VEGF、PDGF-BB因子的釋放。對(duì)于細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)M2 型巨噬細(xì)胞的誘導(dǎo)因子（IL-4）及分泌因子（IL-10）在STAT4KO+LPS 刺激組、WT+LPS 刺激組、STAT4KO con 組中的表達(dá)量明顯較WT con 組高，其中STAT4KO+LPS 刺激組表達(dá)量最為顯著。即說(shuō)明STAT4 信號(hào)通路也參加巨噬細(xì)胞的增殖與分化過(guò)程，在STAT4基因的缺失和LPS的刺激下M2型巨噬細(xì)胞的分化程度得到明顯增強(qiáng)。有研究還發(fā)現(xiàn)，STAT4 基因缺失可顯著促使巨噬細(xì)胞的M2 型極化［20］，這與本研究結(jié)果相一致。

綜上所述，STAT4信號(hào)通路可以抑制M1型巨噬細(xì)胞，從而促進(jìn)增強(qiáng)M2 型巨噬細(xì)胞分化，其作用機(jī)制可能是通過(guò)LPS/TLR4 的結(jié)合。本研究可以為心梗病人介入治療后防止再狹窄和血栓提供新的思路和一定的基礎(chǔ)支持。可進(jìn)一步研究STAT4 信號(hào)通路及巨噬細(xì)胞變化與內(nèi)皮細(xì)胞和血管新生的關(guān)系。