综述：巨噬细胞在心脏重塑中的作用：来自斑马鱼心脏的线索

《Immunity, Inflammation and Disease》：Role of Macrophages in Cardiac Remodeling: Cues From Zebrafish Heart

这篇综述系统阐述了巨噬细胞极化（M1/M2）在心脏再生中的核心作用，通过对比人类（纤维化瘢痕）与斑马鱼（完全再生）的损伤修复模式，揭示了免疫微环境调控是关键。文章深入探讨了巨噬细胞在斑马鱼心脏再生各阶段（炎症期、消退期、促再生期）的功能、其与年龄的相关性、不同亚型（如心脏驻留巨噬细胞）的特异性作用，以及通过靶向极化（如使用microRNA、细胞疗法等）作为治疗心肌梗死（MI）、心力衰竭（HF）等心血管疾病（CVDs）的新策略，为心脏再生医学提供了从基础到临床的深刻见解。

　　

巨噬细胞在心脏重塑中的作用：来自斑马鱼心脏的线索

心血管疾病（CVDs）是全球范围内导致死亡和残疾的主要原因，其中心肌梗死（MI）和心力衰竭（HF）是主要的致死原因。心肌梗死导致心肌细胞丢失，而人类成年心脏的再生能力极其有限，受损区域通常被无收缩功能的瘢痕组织取代，最终可能发展为心力衰竭。然而，一些低等脊椎动物如斑马鱼，却展现出惊人的心脏完全再生能力。这种差异使得斑马鱼成为研究心脏再生机制和开发新型治疗策略的理想模型。越来越多的证据表明，免疫系统，特别是巨噬细胞，在这一过程中扮演着核心角色。

1.1 人类与斑马鱼的心脏再生

心脏再生的关键在于心肌细胞（CMs）的增殖能力。人类成年心肌细胞多为单核或双核，呈现多倍体状态，在出生后几个月便退出细胞周期，成为终末分化细胞，增殖能力极低。因此，人类心脏损伤后通常形成永久性的纤维化瘢痕。相反，斑马鱼的心肌细胞是二倍体单核细胞，在心脏损伤（如心室切除或冷冻损伤）后能够去分化并重新进入细胞周期进行增殖，从而实现心肌的完美再生。

巨噬细胞在两种物种中均至关重要，但其功能导向不同。在斑马鱼中，巨噬细胞促进心肌细胞增殖和血管再生，从而推动再生过程。研究表明，若通过实验手段延缓巨噬细胞在冷冻损伤心脏中的募集，则会导致心脏组织再生和血管新生受损。而在人类中，巨噬细胞的作用常常导致损伤后的纤维化和永久性瘢痕形成。

斑马鱼心脏再生过程涉及关键的分子通路，大致可分为三个阶段：炎症期（损伤后1-7天）、炎症消退期（损伤后14-21天）和促再生信号期（损伤后约60天）。这些过程由肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、基质金属蛋白酶（MMPs）、核受体4A1（Nr4a1）、血管内皮生长因子A（VEGFA）等分子介导，共同协调炎症反应、清除瘢痕并激活心肌细胞增殖，最终完成心脏再生。

1.2 免疫系统参与心脏再生

心脏再生过程离不开免疫系统的精密调控。先天免疫细胞（如肥大细胞、中性粒细胞、单核细胞/巨噬细胞）和适应性免疫细胞（如T淋巴细胞和B淋巴细胞）均参与其中。

损伤发生后，常驻心脏肥大细胞释放TNF-α、组胺等促炎介质，触发信号级联，招募中性粒细胞和单核细胞。中性粒细胞是损伤的早期响应者，但其产生的活性氧（ROS）和蛋白酶可能降解细胞外基质（ECM），加剧炎症反应。因此，及时清除中性粒细胞至关重要。这一清除过程主要通过巨噬细胞对凋亡中性粒细胞的吞噬作用（即胞葬作用）完成。重要的是，胞葬作用与巨噬细胞极化密切相关。当巨噬细胞清除凋亡细胞后，其极化状态会向抗炎M2型转变，促进修复并限制过度炎症。

单核细胞/巨噬细胞是浸润损伤心肌的主要细胞类型。它们根据趋化因子受体CCR2的表达分为不同群体。CCR2^-巨噬细胞为心脏驻留巨噬细胞，而CCR2⁺巨噬细胞为循环来源的巨噬细胞。损伤后，心肌细胞和常驻巨噬细胞表达趋化因子配体CCL2，招募表达Ly6C⁺的CCR2⁺单核细胞至损伤部位。这些细胞先分化为促炎的CCR2⁺Ly6C^high巨噬细胞，吞噬中性粒细胞，随后在白细胞介素-10（IL-10）、转化生长因子-β（TGF-β）等信号作用下，转变为抗炎/促纤维化的CCR2⁺Ly6C^low巨噬细胞，参与心脏修复。斑马鱼研究也证实CCR2-CCL2轴在其炎症反应及巨噬细胞向损伤部位募集中起关键作用。

1.3 巨噬细胞参与心脏再生

1.3.1 正常与疾病状态下的巨噬细胞

在正常生理状态下，巨噬细胞（如斑马鱼中的mpeg1.1⁺巨噬细胞）通过吞噬作用清除凋亡细胞和组织碎片，维持组织稳态。此外，它们还通过分泌细胞因子和生长因子，在细胞通讯、促进心肌细胞增殖和血管生成中发挥作用，并影响ECM重塑。

心脏损伤后，巨噬细胞M1（促炎）和M2（抗炎）亚型之间的平衡或表型转换对于成功修复至关重要。在斑马鱼心脏损伤模型中，早期集落刺激因子1受体（Csf1ra）信号促进促炎反应和瘢痕形成，随后巨噬细胞向抗炎状态表型转换，则有利于瘢痕溶解和器官稳态的恢复。例如，TNF-α⁺促炎巨噬细胞促进瘢痕沉积，而TNF-α^-巨噬细胞支持瘢痕分解。

1.3.2 巨噬细胞的年龄依赖性作用

衰老显著影响巨噬细胞的功能和反应。老年个体巨噬细胞常表现出促炎状态，胆固醇生物合成失调，胰岛素抵抗。晚期糖基化终末产物（AGEs）可通过晚期糖基化终末产物受体（RAGE）/核因子κB（NF-κB）通路促进巨噬细胞向M1表型分化。衰老还伴随低度慢性炎症（炎症衰老），耗竭组织驻留巨噬细胞，并改变其形态和代谢（如糖酵解和线粒体氧化磷酸化受损），从而阻碍修复过程。斑马鱼研究显示，衰老会影响心脏修复过程，导致胶原蛋白和巨噬细胞等免疫细胞积聚，破坏稳态。

1.3.3 细胞类型特异性巨噬细胞

组织驻留巨噬细胞异质性强，起源于胚胎卵黄囊或造血干细胞，在组织稳态和免疫监视中发挥重要作用。心脏驻留巨噬细胞同样具有异质性，在心脏稳态维持和损伤应答中至关重要。损伤后，它们参与清除坏死细胞、减轻炎症、促进血管生成和限制损伤扩展。在再生能力强的斑马鱼心脏中，单细胞分析揭示了多种心脏驻留巨噬细胞亚群（如Mac2, Mac3, hbaa⁺巨噬细胞，timp4.3⁺巨噬细胞）。这些驻留巨噬细胞在损伤后能快速响应和增殖，是心脏组织再生的主要贡献者。它们具有低促炎表型，促血管生成能力更强，在纤维化中的作用较招募的巨噬细胞小，但对于有效解决心脏组织纤维化和炎症、调节血运重建至关重要，且循环巨噬细胞无法替代其功能。

1.3.4 单细胞分析揭示的心脏巨噬细胞亚型与功能

对斑马鱼心脏（包括未损伤、再生性冷冻损伤和非再生性损伤模型）的单细胞分析进一步明确了心脏驻留巨噬细胞的异质性。例如，Mac2和Mac3亚群是未损伤心脏中的主要群体，也在再生过程中持续发挥作用。Mac1、Mac4和增殖性Mac5亚群在损伤后迅速增加。研究表明，驻留巨噬细胞是有效组织再生的基础，它们与招募的巨噬细胞协同合作，共同促成成功的心脏再生。

1.4 通过巨噬细胞极化的心脏修复策略

调控巨噬细胞极化已成为治疗心脏损伤的潜在策略。多种方法可影响巨噬细胞极化和功能：

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  microRNA调控：如microRNA-98、microRNA-21可促进抗炎M2型极化；抑制microRNA-494-3p、microRNA-216a、miR-27b等可调节极化，减少动脉粥样硬化斑块。
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  化学药物/物质：Toll样受体（TLR）激动剂如脂多糖（LPS）、聚肌胞苷酸（Poly(I:C)）可募集巨噬细胞并影响其功能。白细胞介素-4（IL-4）可诱导M2型极化。血管紧张素1-7（Ang-(1-7)）模拟物AVE0991、 caspase-1抑制剂VX765、他汀类药物（如瑞舒伐他汀）、糖尿病药物（如西格列汀、达格列净）等也被报道可通过不同信号通路（如PI3K/Akt/mTOR）促进M2极化。天然产物如姜黄素、前列腺素E2、褪黑素等也有类似作用。甚至改变膜电位（如通过格列本脲阻断K_ATP通道）也能影响极化状态。
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  细胞重编程与移植：通过过表达心脏转录因子（如Gata4、Mef2c、Tbx5）可将成纤维细胞重编程为心肌样细胞。直接移植新生儿心脏巨噬细胞可显著缩小梗死面积并促进心脏再生。
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  细胞免疫治疗：嵌合抗原受体巨噬细胞（CAR-M）疗法在减少心肌缺血再灌注损伤方面显示出潜力，为心血管疾病治疗开辟了新途径。

1.5 未来方向

尽管对巨噬细胞在心脏修复中的作用有了深入认识，仍有许多问题有待探索。例如，在斑马鱼这种能完美解决纤维化的模型中深入研究巨噬细胞极化机制将更具价值。各种调控极化的物质在斑马鱼模型中的具体作用机制有待阐明。基于巨噬细胞的疗法（如工程化巨噬细胞移植）前景广阔，但如何维持利于所需巨噬细胞表型的微环境是个挑战，个性化治疗可能是未来方向。

总之，靶向巨噬细胞极化以恢复免疫平衡和组织稳态，是促进心脏再生和治疗炎症性心脏疾病的一个充满希望的策略。对斑马鱼等再生模型中心脏巨噬细胞功能的持续研究，将为开发人类心脏再生新方法提供重要线索。