《Annual Review of Pathology-Mechanisms of Disease》：Pathology of the Coronary Arteries and Myocardium in Kawasaki Disease
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这篇综述系统地阐述了川崎病(KD)作为一种全球性儿科获得性心脏病的重要病理学特征。文章聚焦于冠状动脉血管炎和心肌炎的病理演变，深入探讨了冠状动脉瘤(CAA)的形成机制、急性炎症的长期心脏后遗症，以及转化生长因子-β(TGF-β)信号通路、内皮-间质转化(EndMT)和心肌纤维化等关键分子机制。同时，文章也综述了用于研究其发病机制的动物模型（CAWS, LCWE, NOD1）和新兴的无创液体活检（cfRNA）技术在阐明KD复杂病理学中的应用，并对未来研究方向进行了展望。
1. 引言
川崎病(KD)是一种病因不明的系统性血管炎，已成为西方国家和亚洲儿童最常见的获得性心脏病。若不治疗，25%的患者会发展出冠状动脉瘤(CAA)。CAA的主要后遗症包括冠状动脉血栓形成、狭窄、心肌缺血、梗死和死亡。目前KD尚无特异性诊断试验，其诊断依赖于发热伴皮肤黏膜症状的急性起病表现。急性发热期具有自限性，但亚临床的血管和心肌炎症可能持续存在。
2. 流行病学、病因学与治疗
在美国，每年约有5000-6000例新发KD病例。在日本，发病率最高，每年新发病例超过17000例。尽管经过近半个世纪的研究，KD的病因仍然未知。目前的主流观点认为，KD是由遗传易感儿童在上呼吸道暴露于某种触发剂或环境因素后引发的。研究表明，大剂量静脉注射免疫球蛋白(IVIG)可调节免疫系统，如果在疾病早期给予，可将CAA风险从25%降至5%。约15%的患者对IVIG治疗不敏感。
3. 冠状动脉的尸检研究
对KD病理学的研究因难以获取受累组织（主要是冠状动脉和心肌）而受到限制，因此对其病理生理学的理解主要依赖于尸检研究。KD是一种系统性血管炎，尸检患者动脉病变的分布和发生率如下：冠状动脉95%；肾脏75%；肺45%；卵巢或睾丸20-30%。冠状动脉炎在KD发病后6-8天开始，此时内膜和外膜出现少量炎症细胞。大约在发病后10天，会发展为全层（内膜、中膜和外膜）和环周的动脉炎，伴有以中性粒细胞和单核细胞/巨噬细胞为主的炎症细胞浸润、内弹力层破坏以及中膜水肿性分离。炎症细胞浸润在疾病第25天左右达到高峰，随后逐渐减少，并在第40天左右几乎消失。当损伤严重时，会发生冠状动脉瘤，并可能导致血栓形成或冠状动脉壁破裂。动脉壁的结构，包括中膜、内外弹力层，被完全破坏，但很少见到纤维素样坏死。伴有血栓性闭塞的动脉瘤可能再通，形成具有多个新管腔的“莲藕根”样外观。动脉壁钙化也可能在动脉瘤壁血栓层叠、机化成纤维组织后发生。
研究还描述了KD冠状动脉和非冠状动脉的三种特征性血管病变过程。首先是伴有动脉壁破坏的中性粒细胞浸润，在发病后两周内完成。其次，是一个从管腔和外膜/血管周围组织发生的、以淋巴细胞浸润为主的异步过程，被定义为亚急性/慢性血管炎。最后，是随后淋巴细胞和具有典型肌成纤维细胞超微结构的细胞浸润，这些细胞在动脉壁管腔内增殖。一个关键的驱动因素是转化生长因子-β(TGF-β)。TGF-β通路分子在KD冠状动脉瘤壁的梭形肌成纤维细胞样细胞中高表达。TGF-β通路基因的遗传变异与KD易感性、CAA形成和主动脉根部扩张相关。
4. KD中心肌的病理学
4.1. 急性心肌炎
在KD急性期获得的心内膜心肌活检显示，这些患者心脏存在显著的心肌炎。然而，KD心肌炎与急性病毒性心肌炎存在重要差异。病毒性心肌炎以淋巴细胞浸润和心肌细胞坏死为显著特征，而KD心肌炎则以混合性炎症细胞浸润为特征，心肌细胞坏死罕见。对所有KD尸检病例的研究发现，所有病例均有心肌炎，伴有炎症细胞浸润以及间质和血管周围水肿。心肌细胞损伤不常见。与心外膜冠状动脉相比，心肌内动脉的血管炎和结构损伤罕见。浸润的炎症细胞是混合性的，但在第20天前以中性粒细胞为主，后期则以单核细胞/巨噬细胞居多。
4.2. 远期心脏纤维化
对伴有巨大CAA的KD患者的心内膜心肌活检的组织病理学分析显示，其心室壁存在显著的间质纤维化。这种纤维化的模式包括心肌纤维排列紊乱、细胞外基质沉积增加、细胞增殖以及炎症细胞浸润。超微结构发现包括心肌细胞肌原纤维溶解、线粒体改变、间质纤维化和微血管病变。心肌损伤似乎是一个持续的过程。无论血管造影是否存在CAA，从发病到取样时间越长，心肌形态异常往往越明显。
4.3. KD患者心脏纤维化的分子机制
影响KD病变动脉和心肌的深度纤维组织重塑涉及基质金属蛋白酶2和9(MMP-2, MMP-9)以及组织金属蛋白酶抑制剂1和2(TIMP-1, TIMP-2)的参与，这些分子在细胞外基质(ECM)的有效周转中应保持平衡。KD冠状动脉壁的变化还包括伴随平滑肌中膜层结构紊乱的明显破坏性纤维化。肾素-血管紧张素-醛固酮分子轴是该纤维化反应的主要效应器，而协调该反应的关键分子是TGF-β。在KD发病数年后死于后遗症的病例研究中，发现存在弥漫性、桥接性心肌纤维化。有研究表明，一部分KD患者，特别是那些有CAA或射血分数降低的患者，存在心肌纤维化。
5. 微循环功能障碍
桥接纤维化可能是由微血管功能障碍引起的，例如心肌内的小动脉。内皮细胞功能障碍或结构变化（如血管周围纤维化和内膜增厚）导致动脉无法扩张以满足氧气需求，从而导致心肌细胞功能障碍和纤维化。同样，毛细血管密度降低可能导致缺氧并最终导致纤维化。对伴有或不伴有持续动脉瘤的KD患者心内膜心肌活检的组织病理学研究发现，间质和血管周围纤维化的发生率较高。小动脉和毛细血管微血管病变的超微结构表现在CAA阳性患者中更为常见。毛细血管稀疏也会导致微循环缺血和纤维化。初步数据显示，KD尸检心肌中的毛细血管密度可能降低。冠状动脉血流储备是评估活体患者微循环功能的一种方法，KD患者对刺激的血流增加反应减弱。其他评估微循环功能的技术也显示，与对照组相比，KD患者的微循环功能降低。心肌灌注缺损在一部分KD患者中有报道。重要的是，一部分KD患者在13个月的中位间隔期后，心肌灌注情况恶化。
6. 无细胞核酸与液体活检
与受限于可及性和侵入性的传统实体组织活检不同，无创“液体活检”可以常规进行，从而实现对生理状态和疾病进展的实时监测。在此背景下，无细胞DNA(cfDNA)和无细胞RNA(cfRNA)是用于液体活检的新兴分析物，为心血管组织的损伤和疾病发病机制提供了见解。cfDNA在监测心肌健康方面的临床效用首次在心脏移植中得到证实。通过追踪供体特异性单核苷酸多态性，可以量化来自移植心脏组织的cfDNA。最近，cfRNA已成为一种强大的分析物，可以提供超越细胞死亡的转录组学见解，涵盖动态细胞状态和活性。通过利用大规模单细胞转录组图谱，计算反卷积方法可以准确量化血浆中cfRNA的细胞来源，从而能够量化组织特异性的细胞应激和损伤。我们的团队证明了cfRNA细胞来源分析在儿科炎症性疾病中的实用性，突出了其作为器官特异性损伤的稳健生物标志物的潜力。有趣的是，我们还比较了KD患者与儿童多系统炎症综合征(MIS-C)患者的血浆cfRNA谱，并确定了一个能够以近乎完美的性能区分KD和MIS-C的26基因cfRNA特征。
7. KD的动物模型
由于相关组织在活体患者中难以获取，研究KD的病理学存在固有困难。因此，动物模型成为了解KD血管炎基本发病机制的重要工具。然而，建立动物模型的主要限制之一是对其病因缺乏统一的认识。尽管存在这一局限，小鼠模型极大地促进了我们对KD血管炎背后细胞和分子机制的理解。目前有三种已发表的KD动物模型，均基于给予外部刺激以诱导冠状动脉炎和其他症状：白色念珠菌水溶性组分(CAWS)、干酪乳杆菌细胞壁提取物(LCWE)和核苷酸结合寡聚化结构域蛋白1(NOD1)配体。每个模型都代表了KD的不完整版本，但它们是研究血管炎机制的有用工具。
7.1. 白色念珠菌抗原诱导的KD动物模型
注射CAWS的小鼠会发生冠状动脉的广泛全层炎症，并伴有外膜和内膜层的显著胶原沉积。血管炎破坏动脉的三层结构，冠状动脉周围的炎症细胞积聚通过促进胶原表达肌成纤维细胞在冠状动脉管腔内的新生内膜增殖而引起狭窄，这重现了人类尸检的病理变化。CAWS抗原优先沉积在主动脉根部的外膜，该处富含血管滋养管并包括冠状动脉口，这驱动了该模型中心脏血管特异性的炎症。CAWS富含甘露糖蛋白β1,3和β1,6葡聚糖，被认为是诱导血管炎的关键分子。研究揭示了炎症细胞和心脏常驻细胞之间的相互作用模型。CAWS诱导骨髓源性炎症细胞中NLRP3炎症小体的启动和激活，导致IL-1β产生。同时，CAWS刺激心脏常驻巨噬细胞产生的TNF-α诱导心脏成纤维细胞产生GM-CSF，后者又增加炎症巨噬细胞中dectin-2的表达，导致进一步的TNF-α产生。TNF-α在CAWS诱导的KD模型血管炎的发生和发展中起着重要作用。
7.2. 干酪乳杆菌细胞壁提取物诱导的KD模型
LCWE注射后14天，冠状动脉壁各层出现局灶性、通常为环周性、不对称性的炎症性单核细胞浸润病变。这些病变与内膜和中膜的显著增殖有关，伴有血管管腔狭窄甚至完全闭塞，并在第28天时冠状动脉周围出现外膜纤维组织。心脏功能也受到影响，左心室射血分数降低。LCWE诱导的KD小鼠模型中的事件级联是由促炎细胞因子促进的，这些细胞因子将单核细胞、巨噬细胞、组织细胞、浆细胞和CD8+细胞毒性T细胞募集到发炎的血管组织。IL-1信号传导在LCWE诱导的KD模型中起着关键作用。TNF-α也在LCWE诱导的血管炎中起关键作用。其他机制也在LCWE诱导的KD模型中得到描述。汞可放大LCWE预激免疫细胞中的免疫激活，导致炎症小体介导的细胞因子IL-1β和IL-18的分泌。此外，与对照组相比，注射LCWE和HgCl2的小鼠疾病发生率和严重程度均显著增加。最近研究表明，通过抗生素治疗或使用无菌小鼠来消耗肠道微生物群，可减轻LCWE诱导的心血管病变的严重程度，这表明肠道微生物群在调节LCWE模型中的心血管炎症方面起着关键作用。这种调节是由微生物相关分子模式和代谢物（包括短链脂肪酸）介导的。
7.3. 核苷酸结合寡聚化结构域蛋白1配体诱导的KD模型
口服或非肠道给予选择性NOD1配体FK565，重现了KD的许多特征，包括主动脉根部和冠状动脉起源处中性粒细胞和巨噬细胞的弥漫性细胞浸润而无纤维素样坏死，以及瓣膜炎。此外，腹主动脉以及其他动脉（如髂动脉和肾动脉）也显示出与内膜增厚相关的炎症迹象。该模型未显示冠状动脉瘤，但观察到冠状动脉弹性纤维破裂，这与KD相似。这是唯一一种用纯合成试剂引发的冠状动脉炎动物模型。FK565诱导血管炎的细胞机制与心脏CD11c+单核巨噬细胞有关。Nod1配体诱导血液中Ly6Chi单核细胞增加，后者是炎症期间小鼠心脏巨噬细胞最重要的潜在前体之一。循环中的Ly6Chi单核细胞被募集到FK565激活的心脏内皮细胞，随后在那里分化为心脏CD11c+巨噬细胞。FK565注射小鼠体内IL-1α、IL-1β、IL-5和RANTES升高，但TNF-α未升高。此外，常驻内皮细胞和平滑肌细胞通过MyD88通路对FK565产生反应，产生促炎细胞因子，突显了该通路在FK565诱导的血管炎模型分子机制中的作用。
7.4. 哪个是研究KD的最佳动物模型？
研究KD的最佳动物模型是所有模型都有优点和缺点。三种模型都使用微生物细胞壁成分作为血管炎诱导剂，并且KD样血管炎可以通过先天免疫经由IL-1信号传导诱导。此外，三种模型都会产生冠状动脉炎和主动脉根部炎症。然而，它们之间也存在关键差异。例如，在CAWS模型中，炎症浸润环周性地影响主动脉根部，并局部延伸至冠状动脉区域，而在FK565模型中，这种炎症也是全层的。LCWE和FK565诱导的血管炎（但CAWS诱导的血管炎没有）的特征是腹主动脉扩张和动脉瘤，这在KD中未被描述。三种模型均未显示冠状动脉瘤，而这是KD的一个标志。
这些动物实验模型在分子水平上也显示出差异。在LCWE和CAWS模型中，IL-1β/Nlrp3炎症小体激活诱导先天免疫反应。MyD88/NF-κB通路是LCWE和FK565模型中的关键炎症通路。相比之下，dectin-2/Syk/NLRP3炎症小体依赖性IL-1β通路是CAWS模型中诱导血管炎的关键。
最后，在细胞水平上存在重大差异。虽然CD11c+巨噬细胞是FK565中血管炎的启动者，但T细胞似乎是CAWS和LCWE模型中触发病理反应的细胞。有趣的是，高通量方法最近揭示了心脏常驻细胞（主要是血管平滑肌细胞和心脏成纤维细胞）在冠状动脉炎发展中的重要作用。需要更多的研究来确定常驻细胞和炎症细胞之间建立的、导致KD冠状动脉炎的细胞机制，这些模型将极大地有助于识别潜在的治疗靶点。
8. 结论
我们对KD急性期及随时间推移的心血管病理变化的了解仍存在许多空白。具有改进的心脏磁共振血管造影技术的无创成像可能部分填补这一空白。包括cfRNA研究在内的分子方法也可能为了解组织损伤和随时间推移的重塑提供一个窗口。随着KD患者治疗和管理的改善，可用于研究的尸检组织将越来越少。目前，还没有登记处或其他机制将成年后的尸检与儿童期KD病史联系起来。在无法理解这种神秘疾病病因的情况下，我们必须依赖不完善的动物模型来增进对血管和心肌炎症动态演变的理解。尽管自首次描述KD以来已近60年，但要完成对该疾病的理解，仍有大量工作要做。
9. 未来方向
对KD临床和分子数据集的新见解表明，患者可聚类为不同的亚组，这表明该血管炎是一种综合征，而非单一模式的疾病。这一新视角对包括病理学、宿主遗传学和病因学研究在内的研究具有广泛意义。识别KD的病因也将带来改进的动物模型。目前，对人类病理学的研究需要致命性的结局，这可能限制了我们理解急性疾病康复后无明显后遗症的儿童中病理变化的全部谱系。只有追踪患者至成年的长期结局研究，才能确定KD在儿童期之后潜在后遗症的真实谱系。需要建立登记处来追踪这些结局，但获得资助的可能性不大。作为替代，我们需要更好的生物标志物来识别持续的血管炎症、微循环功能障碍和心脏纤维化。先进的血管和心脏成像技术是研究长期结局的有前景的模式。显而易见的是，需要采取多管齐下的系统方法来扩展我们对这种疾病的不完整理解。
