楊智慧 王炳凱 李 丹 高 珊

（天津中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院，國(guó)家中醫(yī)針灸臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津 300193）

心血管疾?。╟ardiovascular diseases，CVDs）目前是人類健康的“第一殺手”，心力衰竭（heart failure，HF）是心血管疾病的嚴(yán)重終末階段，其中心肌梗死（myocardial infarction，MI）是HF 最常見的發(fā)病原因之一［1-3］。目前治療MI 的方法主要有心臟移植、介入治療、藥物治療等［4］。但由于這些治療手段需要高水平的醫(yī)療團(tuán)隊(duì)，且患者存在異質(zhì)性，在治療上仍存在挑戰(zhàn)，需要尋找新的治療方法。

近年來，免疫療法逐漸成為研究熱點(diǎn)，人們開始關(guān)注心臟中的各類免疫細(xì)胞在生理病理過程中的關(guān)鍵作用。心臟中有6%～8%的常駐巨噬細(xì)胞，在MI后免疫應(yīng)答的產(chǎn)生、發(fā)展和消除中具有重要作用［5］。研究發(fā)現(xiàn)M1型巨噬細(xì)胞可促進(jìn)炎癥，加重心肌損傷，而M2 型巨噬細(xì)胞可促進(jìn)組織修復(fù)，降低炎癥反應(yīng)。巨噬細(xì)胞的表型變化會(huì)影響組織修復(fù)進(jìn)程，那究竟是什么導(dǎo)致巨噬細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)變？不同巨噬細(xì)胞表型的代謝方式不同，M1型巨噬細(xì)胞主要以糖酵解產(chǎn)能，而M2 型巨噬細(xì)胞主要以氧化磷酸化（oxidative phosphorylation，OXPHOS）產(chǎn)能。通過調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的能量代謝方式改變其表型，進(jìn)而影響心肌損傷和修復(fù)過程，或許會(huì)成為CVDs治療的新靶點(diǎn)。

1 巨噬細(xì)胞在MI中的作用

心臟發(fā)生損傷1 d 左右，心臟中的常駐巨噬細(xì)胞消耗殆盡，數(shù)以萬計(jì)的免疫細(xì)胞受到趨化因子的“召喚”快速到達(dá)受損部位，引發(fā)強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)。被募集的單核細(xì)胞表達(dá)大量的淋巴細(xì)胞抗原6Chigh（Ly6Chigh），并分化為具有高吞噬和蛋白溶解活性的巨噬細(xì)胞表型（M1 型巨噬細(xì)胞），后者分泌IL-1β、IL-6 和TNF-α 等促炎因子清除細(xì)胞碎片［6-7］。大約在第4 天，修復(fù)型Ly6Clow單核細(xì)胞分化為具有修復(fù)作用的巨噬細(xì)胞（M2型巨噬細(xì)胞），并在損傷部位積累，分泌血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial cell growth factor，VEGF）、TGF-β 和IL-10 等抗炎因子刺激血管生成和纖維化［8-9］。心臟中常駐巨噬細(xì)胞及血液中單核細(xì)胞來源巨噬細(xì)胞的募集對(duì)心臟功能的恢復(fù)均有重要意義，但若巨噬細(xì)胞長(zhǎng)期處于促炎表型，就會(huì)引發(fā)強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)，不利于組織修復(fù)，因此對(duì)巨噬細(xì)胞表型進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控是改善疾病的關(guān)鍵。

2 巨噬細(xì)胞能量代謝影響表型的轉(zhuǎn)化

不同巨噬細(xì)胞表型具有不同的代謝偏好。有研究表明，在MI 發(fā)生后的炎癥階段，由于受損心肌部位供血供氧不足，促炎因子水平較高，導(dǎo)致巨噬細(xì)胞在炎癥因子的刺激下主要以無氧糖酵解的形式產(chǎn)能，雖然產(chǎn)生的能量少，但其產(chǎn)能迅速，可滿足M1 型炎癥性巨噬細(xì)胞的合成需求，而M2 型巨噬細(xì)胞主要依靠三羧酸（tricarboxylic acid，TCA）循環(huán)生成能量，產(chǎn)生高效且持續(xù)的腺嘌呤核苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）滿足組織修復(fù)和重塑等功能［10］。其他代謝途徑如氨基酸代謝、脂質(zhì)代謝、氮代謝、鐵代謝等也會(huì)影響巨噬細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化。本文將討論涉及巨噬細(xì)胞極化和功能的主要代謝途徑。

2.1 糖酵解 MEISER 等［11］發(fā)現(xiàn)，在炎癥刺激下巨噬細(xì)胞糖酵解速率顯著升高，當(dāng)巨噬細(xì)胞處于缺氧狀態(tài)或受炎癥刺激時(shí)，會(huì)首先利用糖酵解和磷酸戊糖途徑（pentose phosphate pathway，PPP）滿足自身能量需求。而其TCA 途徑中有兩點(diǎn)受到干擾，造成檸檬酸和琥珀酸的積累，OXPHOS 及脂肪酸氧化（fatty acid oxidation，F(xiàn)AO）水平降低［12-13］。而M2 型巨噬細(xì)胞有著完整的TCA 循環(huán)，代謝方式主要以O(shè)XPHOS和FAO增加為特征［14］。

TANNAHILL 等［15］發(fā)現(xiàn)，采用脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）刺激巨噬細(xì)胞后，琥珀酸積累增加，導(dǎo)致IL-1β 生成增加。缺氧誘導(dǎo)因子-1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）作用于巨噬細(xì)胞，使其合成并分泌促炎因子IL-6、TNF-α、IL-1β 等，進(jìn)而加重心肌細(xì)胞的纖維化程度［16］。糖酵解中的酶對(duì)于炎癥的調(diào)控起關(guān)鍵作用，如丙酮酸激酶M2（pyruvate kinase M2，PKM2）通過調(diào)節(jié)HIF-1α，進(jìn)而促進(jìn)IL-1β 表達(dá)［17］。PKM2 與人類心血管疾病有關(guān)，在冠狀動(dòng)脈疾病患者中，增強(qiáng)的糖酵解水平會(huì)促使線粒體活性氧（reactive oxygen species，ROS）產(chǎn)量增加，導(dǎo)致PKM2組裝并轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，然后磷酸化，并激活STAT3 以促進(jìn)其下游炎癥因子IL-1β 和IL-6 釋放［18］。利用同位素輔助代謝組學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn)，丙酮酸氧化持續(xù)存在于炎性巨噬細(xì)胞中，經(jīng)藥物處理發(fā)現(xiàn)丙酮酸脫氫酶（pyruvate dehydrogenase，PDH）是巨噬細(xì)胞激活的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)，PDH 或許可作為代謝性疾病的干預(yù)靶點(diǎn)［11］。

2.2 氧化磷酸化 線粒體除了能為細(xì)胞產(chǎn)生ATP外，還在細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)、氧化還原平衡、細(xì)胞生長(zhǎng)、細(xì)胞存活等方面發(fā)揮調(diào)節(jié)作用［19-20］。已知在LPS/IFN-γ 的刺激下，巨噬細(xì)胞線粒體功能發(fā)生變化，但線粒體功能和巨噬細(xì)胞表型間的關(guān)系尚不清楚。線粒體是OXPHOS 的主要場(chǎng)所，已知由LPS/IFN-γ誘導(dǎo)的M1 型巨噬細(xì)胞，其OXPHOS 有兩個(gè)過程受到抑制，分別是異檸檬酸脫氫酶和琥珀酸脫氫酶，導(dǎo)致異檸檬酸和琥珀酸積累，進(jìn)一步加劇細(xì)胞損傷。琥珀酸是一種炎癥信號(hào)，而HIF-1α是其下游靶點(diǎn)之一。首先，琥珀酸可直接作用于HIF-1α增強(qiáng)其穩(wěn)定性，進(jìn)而促進(jìn)其下游IL-1β 表達(dá)；細(xì)胞中琥珀酸增加后，有一部分會(huì)被外排到胞質(zhì)外，而琥珀酸受體GPR91 可以感知細(xì)胞外的琥珀酸，重新吸收后進(jìn)一步穩(wěn)定HIF-1α活性；琥珀酸脫氫酶的水平受到抑制，電子傳遞鏈中斷，導(dǎo)致線粒體ROS 生成增加，進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)炎癥的發(fā)生。

2.3 脂肪酸代謝與氨基酸代謝 脂肪酸與氨基酸代謝是巨噬細(xì)胞能量供給的另一種重要方式。MALANDRINO 等［21］發(fā)現(xiàn)提高巨噬細(xì)胞的FAO 水平可減少ROS生成、炎癥反應(yīng)及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。NADPH氧化酶4（NOX4）作為細(xì)胞超氧陰離子來源，具有多種生物功能，尤其是在慢性炎癥性疾病中起關(guān)鍵作用。MOON 等［22］發(fā)現(xiàn)NOX4 缺失導(dǎo)致肉堿棕櫚?；D(zhuǎn)移酶1（camitine palmitoyl transferase，CPT-1）表達(dá)降低，進(jìn)而導(dǎo)致FAO 水平降低，最終減少巨噬細(xì)胞炎性小體的激活，降低炎癥反應(yīng)。精氨酸代謝是巨噬細(xì)胞極化的一大特征，M1型巨噬細(xì)胞中以一氧化氮合酶2（nitric oxide synthase 2，NOS2）表達(dá)升高為特征［23］；M2 型巨噬細(xì)胞中精氨酸酶1（arginase 1，ARG1）表達(dá)升高，將L-精氨酸代謝為L(zhǎng)-鳥氨酸和尿素，而將ARG1基因敲除或藥理學(xué)抑制后，會(huì)延緩傷口愈合及膠原沉積。谷氨酰胺也是氨基酸代謝的重要物質(zhì)之一，研究發(fā)現(xiàn)，在LPS 刺激下，巨噬細(xì)胞中谷氨酰胺可通過α-酮戊二酸（α-Ketoglutaric acid，α-KG）和γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）分流增加琥珀酸生成，α-KG與琥珀酸的比值降低會(huì)增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的促炎表型［24］。

綜上，巨噬細(xì)胞的代謝方式或多或少都會(huì)影響表型的變化，了解并明確二者間的關(guān)系非常重要。

3 巨噬細(xì)胞能量代謝在MI中的作用

目前已經(jīng)認(rèn)識(shí)到巨噬細(xì)胞在心臟重塑中的重要作用，但巨噬細(xì)胞能量代謝與表型間的關(guān)系尚不明確，通過調(diào)控巨噬細(xì)胞能量代謝影響其表型進(jìn)而改善心臟功能的研究仍然較少［25］。MOUTON 等［26］發(fā)現(xiàn)MI 1 d 后，巨噬細(xì)胞快速上調(diào)炎癥和糖酵解過程，然后又迅速關(guān)閉；而在3 d 后，線粒體相關(guān)基因，如琥珀酸脫氫酶表達(dá)升高。這樣的變化與前文所述一致，巨噬細(xì)胞在MI 后處于缺氧狀態(tài)，炎癥因子和糖酵解水平均有所升高，以應(yīng)對(duì)缺氧環(huán)境，而在3 d 后，M2 型巨噬細(xì)胞增多，氧化磷酸化水平升高。LEWIS 等［27］發(fā)現(xiàn)對(duì)小鼠MI 模型給予糖酵解抑制劑2-脫氧葡萄糖（2-deoxy-D-arabino-hexose，2-DG）后，心臟炎癥水平降低，心功能改善。ZHANG等［28］發(fā)現(xiàn)MI 后巨噬細(xì)胞胞葬作用顯著提高了胞內(nèi)長(zhǎng)鏈脂肪酸含量，激活呼吸鏈，從而促進(jìn)線粒體脂肪酸氧化，刺激巨噬細(xì)胞向M2 型轉(zhuǎn)變。在嚴(yán)重缺氧條件下，HIF-1α 介導(dǎo)的丙酮酸脫氫酶激酶1（pyruvate dehydrogenase kinase isozyme 1，PDK1）通過減少丙酮酸進(jìn)入TCA循環(huán)的通量調(diào)節(jié)葡萄糖氧化，SEMBA 等［29］發(fā)現(xiàn)單核細(xì)胞來源巨噬細(xì)胞在炎癥區(qū)域遷移時(shí)，由于氧氣利用度低，抑制巨噬細(xì)胞HIF-1α-PDK1 信號(hào)通路可抑制全身炎癥，將巨噬細(xì)胞代謝與組織炎癥反應(yīng)聯(lián)系到一起，提示這可能是調(diào)節(jié)炎癥的潛在方法。MOUTON 等［30］發(fā)現(xiàn)富馬酸二甲酯可通過增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的OXPHOS 水平，調(diào)控巨噬細(xì)胞向修復(fù)型轉(zhuǎn)變，并抑制HIF-1α 表達(dá)，降低IL-1β 分泌，改善MI進(jìn)程。心梗后，巨噬細(xì)胞可吞噬凋亡壞死的心肌細(xì)胞，ZHANG等［28］發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞吞噬病變細(xì)胞時(shí)會(huì)增強(qiáng)自身的脂肪酸氧化水平，這作為線粒體的“燃料”并激活NAD+依賴的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，通過促進(jìn)其下游SIRT1-Pbx1-IL-10 代謝信號(hào)通路，促進(jìn)MI 后的傷口愈合和器官修復(fù)。MIAO等［31］發(fā)現(xiàn)MI后補(bǔ)充H2S 可改善心功能障礙，降低梗死面積和死亡率，同時(shí)在MI早期伴有M2型巨噬細(xì)胞數(shù)量增加。進(jìn)一步在細(xì)胞層面進(jìn)行機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，NaHS 通過增加巨噬細(xì)胞線粒體生物發(fā)生和FAO 水平改變巨噬細(xì)胞表型。M1 型巨噬細(xì)胞的TCA 循環(huán)中有一處琥珀酸脫氫酶的斷點(diǎn)，而天冬氨酸-精氨酸-琥珀酸分流（aspartate-arginosuccinate shunt，AASS）途徑可以補(bǔ)充琥珀酸來源，天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶（aspartate aminotransferase，AST）是AASS 的關(guān)鍵酶，理論上氨基乙酸（aminooxyacetic acid，AOAA）是AST 的抑制劑，可抑制AASS 途徑琥珀酸的生成，導(dǎo)致糖酵解和促炎因子的轉(zhuǎn)錄受到抑制。ZHAO 等［32］發(fā)現(xiàn)AOAA 抑制糖酵解水平，并使M1 型巨噬細(xì)胞向M2 型巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)變。AOAA 通過抑制PPP 途徑和AASS 途徑中琥珀酸的積累降低ROS 的生成，進(jìn)而抑制炎性小體NLRP3-caspase1/IL-1β 信號(hào)通路，減 輕MI 后的炎癥反應(yīng)。

綜上，以調(diào)控巨噬細(xì)胞能量代謝為切入點(diǎn)探討其改善MI的機(jī)制研究仍然較少，這主要是由于細(xì)胞能量代謝與表型間關(guān)系的復(fù)雜性，及其在疾病進(jìn)展中的動(dòng)態(tài)變化，這都是目前面臨的挑戰(zhàn)。

4 展望

考慮到巨噬細(xì)胞在全身性炎癥和心臟代謝方面的重要性，心臟免疫療法具有廣闊前景。但值得考慮的問題是：巨噬細(xì)胞在心臟重塑過程中的功能表型是動(dòng)態(tài)變化的，前期往往通過檢測(cè)各種炎癥因子的表達(dá)分析巨噬細(xì)胞功能，未來或許可通過炎癥與能量代謝的相關(guān)指標(biāo)共同確定巨噬細(xì)胞的功能和表型；調(diào)控巨噬細(xì)胞代謝的同時(shí)是否會(huì)影響心肌細(xì)胞代謝，也需要考慮到心肌細(xì)胞的生物學(xué)效應(yīng)；如何確定巨噬細(xì)胞所處的微環(huán)境以及能量代謝變化的方式；如何將基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)為臨床研究。由于巨噬細(xì)胞具有吞噬作用，或許可以利用材料科學(xué)與生物學(xué)結(jié)合的方法，靶向巨噬細(xì)胞傳遞藥物，發(fā)揮治療效果等，心臟免疫療法將是一個(gè)具有前景的新興領(lǐng)域。