王學文 柯元甲 趙慶彥

(武漢大學人民醫(yī)院心內(nèi)科 武漢大學心血管病研究所 心血管病湖北省重點實驗室,湖北 武漢 430060)

近年來,越來越多的證據(jù)顯示心房顫動(房顫)發(fā)生的過程中免疫微環(huán)境會發(fā)生明顯改變,主要表現(xiàn)為心房免疫細胞的招募、激活和再分布,以及免疫因子的異常分泌,其稱之為“免疫重構”。自主神經(jīng)對免疫的調(diào)控參與了心房電重構和結構重構等這些房顫基質(zhì)改變的過程,對房顫的發(fā)生和維持具有重要作用。研究自主神經(jīng)調(diào)控免疫在房顫發(fā)生中的作用有助于對房顫的發(fā)病機制和治療提供新的依據(jù)和靶點。筆者對此做一綜述。

1 房顫與免疫重構

正常成人心臟細胞主要由心肌細胞、成纖維細胞、內(nèi)皮細胞和免疫細胞等11種細胞組成,其中免疫細胞占心房細胞總量的10.4%[1]。這些免疫細胞包括心臟固有的免疫細胞和來自循環(huán)的外源性免疫細胞,主要有單核巨噬細胞、中性粒細胞、肥大細胞、T淋巴細胞和B淋巴細胞等,它們與非免疫細胞通過直接或間接方式相互作用。心外膜脂肪組織及心包液中也含有一些免疫細胞,是病理條件下心臟免疫細胞浸潤的主要來源[2-3]。

房顫患者免疫細胞的招募、激活和再分布主要表現(xiàn)為心房局部和全身免疫細胞的改變。局部心肌由于不規(guī)則的電活動和心臟手術刺激等導致的鈣超載、氧化應激及細胞凋亡可激活局部免疫細胞,導致細胞因子的釋放及炎癥級聯(lián)反應[4]。房顫患者心房肌中中性粒細胞、CD68+巨噬細胞以及CD8+、CD3+淋巴細胞浸潤明顯增加[5-7],免疫熒光分析顯示巨噬細胞以M1促炎性巨噬細胞為主,最近的研究顯示房顫患者心房組織中M2型巨噬細胞含量也明顯增加[8]。另外,Liao等[9]在通過主動脈弓縮窄術(transverse aortic constriction,TAC)形成的壓力負荷小鼠模型中,與假手術組小鼠相比,TAC手術組小鼠第10天肥大細胞浸潤的數(shù)量增加了2.5倍;心房肥大細胞浸潤和纖維化,使心房在短陣快速脈沖刺激后房顫易感性增強,色甘酸鈉穩(wěn)定肥大細胞可減輕TAC后心臟的房顫易感性。Uemura等[10]觀察到注射鏈脲佐菌素誘導的高血糖增加了野生型小鼠左心房肥大細胞浸潤和不均一間質(zhì)纖維化,經(jīng)食管短陣快速脈沖刺激容易誘發(fā)房顫,而在肥大細胞缺陷小鼠中使用同樣的方法未觀察到上述現(xiàn)象。

房顫患者的全身免疫系統(tǒng)也發(fā)生不同的變化,主要包括細胞因子、趨化因子、自身抗體等免疫因子的異常分泌。有研究[11]發(fā)現(xiàn)房顫患者血漿中促炎性細胞因子水平明顯升高,包括白細胞介素(interleukin, IL)-1β、IL-6、IL-18及腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α。流式細胞分析房顫患者外周血的程序性死亡-1及其配體表達下調(diào)[12],使免疫負性調(diào)控因子功能受損。房顫患者外周血中CD4+T細胞比例增加,以發(fā)揮免疫抑制作用為主的調(diào)節(jié)性T細胞比例下降[13],從而導致免疫激活和抑制的失衡;還有研究[14]表明T細胞亞型Th17相關細胞因子如IL-17A、IL-17F、IL-21、IL-22是房顫發(fā)生的獨立危險因子;轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)已被證實參與房顫纖維化、心房結構重構[15]。房顫還伴隨一些自身抗體水平的增加,Hu等[16]對71例非瓣膜性房顫患者和75例年齡、性別匹配的健康對照組血清進行抗β1腎上腺素受體(β1-adrenergic receptor,β1-AR)抗體、M2毒蕈堿受體自身抗體檢測,結果顯示這些抗體在非瓣膜性房顫患者中明顯高于健康對照組。這些免疫因子的重構與房顫發(fā)生發(fā)展密切相關。

2 自主神經(jīng)調(diào)節(jié)免疫的經(jīng)典通路

自主神經(jīng)和免疫系統(tǒng)的相互作用在維持生理穩(wěn)態(tài)、應激、抵御感染和損傷的過程中發(fā)揮重要作用。自主神經(jīng)調(diào)節(jié)免疫的經(jīng)典通路主要分為交感神經(jīng)和迷走神經(jīng)對免疫的調(diào)節(jié)。交感神經(jīng)活性增強增加去甲腎上腺素(norepinephrine,NE)釋放,通過β2腎上腺素受體激活細胞內(nèi)信號通路環(huán)磷酸腺苷蛋白激酶A,調(diào)節(jié)免疫細胞的增殖、分化、成熟和效應功能[17]。Borovikova等[18]首次提出傳出迷走神經(jīng)纖維參與一種腦-免疫的信號通路,通過釋放乙酰膽堿(acetylcholine,ACh)控制TNF和其他促炎性細胞因子的產(chǎn)生。他們對大鼠雙側頸部迷走神經(jīng)切開后注入致死劑量的內(nèi)毒素,電刺激迷走神經(jīng)遠端可顯著降低血清中TNF的含量,但無迷走神經(jīng)刺激大鼠的血清TNF峰值顯著增加;電刺激迷走神經(jīng)遠端可降低內(nèi)毒素刺激的肝臟TNF合成,無迷走神經(jīng)刺激大鼠的肝臟TNF合成增加。另有研究[19-20]證實迷走神經(jīng)刺激釋放的ACh特異性結合并激活組織巨噬細胞表面的α7煙堿型乙酰膽堿受體(α7 nicotinic acetylcholine receptor,α7nAChR),選擇性地抑制致炎細胞因子釋放。這種神經(jīng)免疫反應被稱為“膽堿能抗炎通路”。

3 自主神經(jīng)調(diào)控免疫與房顫

3.1 交感神經(jīng)調(diào)節(jié)免疫與房顫

有研究[21]顯示交感神經(jīng)張力變化可調(diào)節(jié)免疫炎癥,激活心肌炎癥浸潤,交感神經(jīng)釋放的NE顯著增加內(nèi)皮細胞和巨噬細胞中p53的表達,降低內(nèi)皮細胞β2腎上腺素受體的表達,減輕心臟炎癥。另有研究[22]發(fā)現(xiàn),小鼠注射α1腎上腺素受體(α1-adrenergic receptor,α1-AR)激動劑(苯腎上腺素)后,心肌炎癥細胞因子IL-6、趨化因子單核細胞趨化蛋白(monocyte chemoattractant protein,MCP)-1和MCP-5表達增加,心肌巨噬細胞浸潤,α1-AR拮抗劑(哌唑嗪)預處理可阻斷這些效應。此外,苯腎上腺素注射顯著增加心臟中NOD樣受體蛋白3(NOD-like receptor protein 3, NLRP3)的表達以及半胱氨酸蛋白酶1和IL-18的表達,結果提示α1-AR通過激活NLRP3炎性小體誘導心肌巨噬細胞浸潤和炎性反應。Wang等[23]早期研究提示腎去交感神經(jīng)能明顯抑制長期快速起搏犬心房引起的心房肌炎性因子的升高,降低腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)活性和心房重構,抑制房顫誘發(fā)。

Wang等[24]進一步研究了交感神經(jīng)調(diào)節(jié)免疫細胞活化在房顫中的作用機制,他們將犬隨機分為4組：正常對照組、卒中組、卒中聯(lián)合巨噬細胞清除組、卒中聯(lián)合左星狀神經(jīng)節(jié)消融(left stellate ganglion ablation, LSGA)組,通過快速刺激心房來觀察交感神經(jīng)張力改變在房顫發(fā)生中的作用。結果發(fā)現(xiàn)犬急性腦卒中3 d后左星狀神經(jīng)節(jié)電活動增加,心房巨噬細胞浸潤增加,TNF-α、IL-6和IL-1β水平升高,心房不應期離散度升高且易誘發(fā)房顫;心房肌給予巨噬細胞清除劑或LSGA后,房顫誘發(fā)頻率明顯降低,LSGA后左右心房巨噬細胞和炎性因子也明顯減少。Yang等[25]進一步研究了星狀神經(jīng)節(jié)對心房巨噬細胞極化與房顫的作用機制。他們發(fā)現(xiàn)卒中犬心房中中電導鈣激活鉀通道(intermediate-conductance Ca2+-activated K+channel, SK4)表達及NE、β1-AR、p38、c-Fos水平均高于對照組或LSGA組;對照組與LSGA組犬心房SK4表達及NE、β1-AR、p38、c-Fos水平差異無統(tǒng)計學意義,結果顯示離斷左星狀神經(jīng)節(jié)后能明顯抑制卒中犬心房的NE、β1-AR、p38和c-Fos水平,降低SK4表達并抑制心房肌促炎性巨噬細胞的極化。本研究結果提示星狀神經(jīng)節(jié)對房顫的作用與p38調(diào)節(jié)巨噬細胞極化有關。

3.2 迷走神經(jīng)調(diào)節(jié)免疫與房顫

早期研究[26]顯示迷走神經(jīng)在房顫發(fā)生中起重要作用：高強度刺激迷走神經(jīng)可誘發(fā)房顫,低強度刺激迷走神經(jīng)可抑制房顫。張友京等[27]探討了低強度刺激迷走神經(jīng)抑制房顫的作用機制,發(fā)現(xiàn)低強度刺激迷走神經(jīng)抑制房顫與膽堿能抗炎通路有密切關系。他們首選分別給予12只犬快速右心房刺激(800次/min)6 h,連續(xù)3 h刺激后,對照組于4個心房神經(jīng)節(jié)叢(ganglionated plexus,GP)區(qū)域注射0.9%NaCl溶液,激動組于4個GP區(qū)域注射含α7nAChR激動劑的0.9%NaCl溶液。于實驗基線期、每小時刺激末檢測心房及肺靜脈有效不應期(effective refractory period, ERP)、ERP離散度、房顫誘發(fā)情況;實驗基線期、3 h刺激末、實驗終點分別取靜脈血檢測TNF-α、IL-6、ACh;電生理檢查完畢后取心房、右前GP組織檢測TNF-α、IL-6、ACh及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3的表達水平,免疫熒光檢測α7nAChR蛋白的定位表達。結果發(fā)現(xiàn)快速刺激兩組犬心房后,心房肌和肺靜脈的ERP、房顫周長較基線期均明顯縮短,房顫誘發(fā)率均明顯升高;激動組注射α7nAChR激動劑后,犬心房和肺靜脈的ERP、房顫周長逐漸延長,房顫誘發(fā)率降低、持續(xù)時間逐漸縮短。心房快速刺激6 h后,兩組血清TNF-α、IL-6等水平均明顯升高,ACh表達顯著降低;與對照組相比,注射α7nAChR激動劑組的犬心房及右前GP組織中TNF-α、IL-6表達水平顯著降低,而ACh表達差異無統(tǒng)計學意義,轉(zhuǎn)錄激活蛋白3表達水平明顯升高。結果提示激動α7nAChR介導的膽堿能抗炎通路能降低炎性因子水平,抑制心房快速刺激引起的心房肌電重構和房顫的誘發(fā)[27]。另一項研究[28]發(fā)現(xiàn)GP注射α7nAChR特異性拮抗劑可抑制低水平迷走神經(jīng)刺激對心房電生理和炎性細胞因子的影響。

有研究[29-30]顯示GP以膽堿能神經(jīng)為主,低強度犬心臟GP刺激明顯增加血清ACh水平,降低血清C反應蛋白(C-reactive protein,CRP)、IL-6、高遷移率族蛋白1水平。Zhao等[31]在另一項研究中將13只犬分為假手術組和GP消融組,假手術組開胸后即刻和術后8周測量心房ERP、房顫誘發(fā);GP消融組開胸后在進行右前和右下GP消融前、消融后即刻及術后8周測量心房ERP、房顫誘發(fā)。術前和術后8周采集靜脈血,8周后立即切除心臟取心房肌組織檢測CRP、TNF-α、IL-6。結果顯示假手術組及GP消融組在GP消融前后均未誘發(fā)房顫,GP消融后8周消融組均誘發(fā)房顫。假手術組和GP消融組的靜脈血CRP、TNF-α、IL-6在開胸前和8周后無明顯差異;8周后GP消融組心房組織TNF-α、IL-6水平升高,CRP水平無明顯變化,提示GP消融去膽堿能神經(jīng)后心房炎癥因子的升高增加了房顫的易感性。

另外,Zhao等[32]還發(fā)現(xiàn)正中神經(jīng)刺激也能增加迷走神經(jīng)張力,抑制房顫誘發(fā)。他們將犬分為：假手術組進行持續(xù)3 h(800次/min)的高頻心房起搏;正中神經(jīng)刺激組1進行相同的高頻心房起搏聯(lián)合正中神經(jīng)刺激3 h;正中神經(jīng)刺激組2進行相同的高頻心房起搏聯(lián)合正中神經(jīng)刺激3 h,另在心房及心耳心外膜表面使用α7nAChR阻斷劑;空白對照組用于檢測心房炎癥因子濃度。結果顯示假手術組在快速心房起搏時,血漿及左右心房組織TNF-α和IL-6水平較基礎狀態(tài)明顯升高,ACh水平降低;然而,正中神經(jīng)刺激組1、組2的血漿TNF-α、IL-6水平無明顯升高,ACh水平較基礎狀態(tài)無顯著差異;正中神經(jīng)刺激組2左右心房組織的TNF-α、IL-6水平升高。研究證明正中神經(jīng)刺激通過激活迷走神經(jīng)抑制血漿、心房組織炎癥因子水平,使用α7nAChR阻斷劑能阻斷迷走神經(jīng)降低炎癥反應的效應[31]。Yin等[33]在隨后的臨床研究也證實了迷走神經(jīng)活動可產(chǎn)生抑制免疫炎癥、降低房顫易感性的作用,他們通過對房顫消融術后患者進行針刺內(nèi)關穴治療來增加患者迷走神經(jīng)張力,結果顯示針刺組血清炎癥因子水平、房顫復發(fā)率均低于對照組。

4 總結

綜上所述,交感神經(jīng)及迷走神經(jīng)通過對免疫的調(diào)節(jié)均參與了房顫的發(fā)生發(fā)展,干預自主神經(jīng)或神經(jīng)調(diào)節(jié)免疫的相關信號通路可抑制房顫的發(fā)生,這可能成為臨床治療房顫的新方向。