《Pharmacology & Therapeutics》：Innate immune responses following myocardial ischemia and reperfusion: Evidence, mechanisms, and translational challenges
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本文系统综述了心肌缺血再灌注（Ischemia-Reperfusion, IR）损伤中的天然免疫反应，通过明确区分动物模型研究与临床观察，重新评估了中性粒细胞、单核/巨噬细胞等免疫细胞的动态、异质性及其在损伤修复中的作用，并深入剖析了TLRs、NLRP3、cGAS-STING等关键信号通路。文章强调，临床心肌梗死（MI）多为长时间缺血，再通后观察到的免疫活化更多是缺血损伤与组织修复的下游结果，而非单纯的再灌注损伤。这为理解心肌缺血性疾病的免疫机制及制定精准免疫调节策略提供了更精细的框架。
心肌缺血再灌注后的天然免疫应答：重新审视证据与机制
1. 引言
及时恢复冠状动脉血流是治疗急性心肌梗死（AMI）的基石，但成功再灌注后，显著的心肌损伤和不良心室重构仍常持续存在。实验研究揭示了在短暂、可控的缺血再灌注后，涉及中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞和炎症信号通路的动态天然免疫反应。然而，临床心肌梗死通常以长时间缺血为特征，不可逆的心肌细胞坏死在再灌注前已基本形成。因此，再血管化后观察到的免疫反应，主要反映了缺血损伤和组织修复的下游后果，而非由再灌注新诱导的损伤。认识到这一区别，为解释缺血性心脏病的免疫机制和指导免疫调节策略的合理开发提供了一个精细的框架。
2. 概念框架：心肌损伤中的缺血、再灌注与免疫反应
心肌缺血再灌注损伤的概念源于实验观察，但在临床心肌梗死中，缺血是心肌细胞不可逆死亡的主要决定因素。由于缺血时间通常较长且异质性高，再灌注后观察到的大部分心肌损伤反映了以缺血为主的损伤。因此，在心肌梗死患者中观察到的天然免疫激活，最好被解释为组织损伤和后续重构的观察性特征，而非再灌注损伤的决定性证据。这一概念区别贯穿全文，是解释实验和临床数据的基石。
3. 实验模型中的缺血再灌注后天然免疫激活
在涉及短暂冠状动脉闭塞和明确再灌注时间间隔的受控条件下，实验模型能够机制性地探究伴随心肌损伤的免疫介导过程。
3.1. 中性粒细胞
在实验模型中，中性粒细胞是最早被募集到损伤心肌的天然免疫细胞群之一，再灌注后数小时内即可检测到，通常在24小时左右达到高峰。浸润的中性粒细胞通过释放活性氧（ROS）、基质金属蛋白酶9（MMP9）等与组织损伤加剧相关。中性粒细胞胞外诱捕网（NETs）的形成也与补体激活、内皮扰动和微血管功能障碍有关。此外，实验研究揭示了中性粒细胞的功能异质性和时间可塑性。单细胞RNA测序分析描绘了再灌注后不同阶段出现的不同中性粒细胞亚群，包括早期的促炎Ccl3hi亚群和后期与组织修复相关的Ym1hi亚群。
3.2. 单核细胞
在实验模型中，循环单核细胞亚群显示出不同的时间募集模式和表型特征。基于表面标志物，小鼠单核细胞通常分为非经典单核细胞（NCs; CX3CR1hiLy6Clo）和经典单核细胞（Ly6ChiCCR2+）。再灌注早期，高表达CX3CR1的NCs表现出血管巡逻行为，优先定位于损伤心肌的内皮。在再灌注后的后期阶段，实验模型一致观察到来源于骨髓和脾脏的Ly6Chi单核细胞显著增加，该募集主要由CCR2-CCL2趋化轴介导。
3.3. 巨噬细胞
巨噬细胞是实验模型中参与心肌对缺血再灌注反应的主要天然免疫群体，在细胞来源、时间动态和功能状态方面表现出显著的异质性。谱系追踪结合单细胞转录组分析已在小鼠模型中 delineate 了心脏组织驻留巨噬细胞（cTMs）和单核细胞来源的巨噬细胞（Mo-MΦs）在缺血后炎症和修复中的不同贡献。LYVE1+TIMD4+CCR2-cTMs富集于非梗死或边缘区域，表现出与抗炎信号、胞葬作用和组织维持相关的基因表达谱。相反，Mo-MΦs来源于循环Ly6ChiCCR2+单核细胞，在再灌注后以CCR2依赖的方式被募集到缺血心肌。在再灌注后的早期阶段，Mo-MΦs表现出富含促炎介质的转录程序，代谢谱以糖酵解为主。在后期阶段，Mo-MΦ群体逐渐转向炎症信号减少、CX3CR1表达增加、氧化磷酸化增强的表型。
3.4. 树突状细胞与自然杀伤细胞
在实验模型中，树突状细胞（DCs）和自然杀伤细胞（NK细胞）被认为在塑造炎症信号和协调先天与适应性免疫区室之间的相互作用中发挥作用。浆细胞样树突状细胞（pDCs）在再灌注后的早期感知心肌细胞衍生的损伤相关分子模式（DAMPs）并产生I型干扰素（IFN-I）。常规树突状细胞（cDCs）在实验环境中于后期积累，表现出抗原呈递功能。NK细胞在再灌注早期与IFN-γ主导的炎症信号通路相关，而在后期则与血管生成和纤维化反应调节过程相关。
3.5. 肥大细胞、嗜酸性粒细胞与其他天然免疫群体
实验模型还研究了其他非经典的天然免疫群体，包括肥大细胞、嗜酸性粒细胞和先天淋巴样细胞。肥大细胞对心肌损伤反应迅速，参与早期炎症信号。嗜酸性粒细胞在再灌注早期短暂积聚于损伤心肌区域，并分泌与巨噬细胞活化状态调节相关的细胞因子。单细胞分析已在缺血后心肌中鉴定出多个ILC亚群，它们与涉及IL-33依赖性信号和2型细胞因子产生的细胞因子网络相关。
4. 人类心肌梗死中的天然免疫特征
人类研究提供了关于急性心肌梗死期间免疫激活的关键见解，补充了来自实验模型的机制发现。临床环境中，免疫反应主要通过循环免疫细胞、可溶性介质以及血液和心肌组织的高分辨率单细胞和多组学分析的观察来表征。
4.1. 外周血天然免疫细胞动态
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中性粒细胞：中性粒细胞是急性心肌梗死患者中最早期发生改变的免疫细胞之一。除了绝对中性粒细胞计数，平均中性粒细胞体积（MNV）等中性粒细胞激活状态的替代标志物在急性心肌梗死患者中增加。单细胞转录组学分析在经皮冠状动脉介入治疗（PCI）后不久获得的外周血中鉴定出一个MMP9Hi中性粒细胞亚群，与NET形成和心肌损伤指数相关。
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单核细胞：在ST段抬高型心肌梗死患者中，非经典单核细胞在初次PCI后90分钟内急剧下降。这种早期下降的幅度与梗死面积和早期左心室功能障碍相关。
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嗜酸性粒细胞：多个队列研究证明，在症状发作和再灌注后数小时内，循环嗜酸性粒细胞计数迅速下降。再灌注后12小时内较低的嗜酸性粒细胞计数与较大的梗死面积、更严重的微血管阻塞和不利的心脏磁共振成像结果相关。
4.2. 淋巴与先天淋巴样细胞特征
时间分辨分析显示再灌注后出现短暂的淋巴细胞减少，主要由循环T细胞亚群的减少驱动。转录组学研究进一步确定了急性心肌梗死患者外周血中自然杀伤细胞相关基因网络的改变。
4.3. 人类单细胞与转录组免疫谱分析
近期的人类转录组和单细胞研究提供了心肌梗死后免疫动态的更高分辨率表征。基于网络的多个基因表达数据集整合识别了区分ST段抬高型心肌梗死和非ST段抬高型心肌梗死的时间依赖性基因特征。纵向多组学因子分析揭示了涉及不同单核细胞、自然杀伤细胞和T细胞亚状态的多细胞免疫程序。外周血单细胞RNA测序证明了经典单核细胞的扩增、CD56dim自然杀伤细胞的减少以及跨入院和早期再灌注时间点的Toll样受体、干扰素和白介素信号通路的协调激活。
5. 分子通路再审视：缺血主导与再灌注相关机制
5.1. 损伤相关分子模式与模式识别受体
在实验模型中，细胞损伤和坏死伴随线粒体DNA、高迁移率族蛋白B1、S100A8/A9蛋白等损伤相关分子模式的释放。这些内源性危险信号参与Toll样受体等模式识别受体。其中，TLR4在实验模型中研究最为广泛。TLR4–MyD88–NF-κB信号轴的激活与心肌细胞和浸润免疫细胞中促炎基因表达的增加有关。其他TLR家族成员，如感知线粒体DNA的TLR9和与远程免疫信号回路相关的TLR7，也在实验系统中被涉及。
5.2. NOD样受体蛋白3炎性体
在实验模型中，NLRP3炎性体作为一个连接细胞应激信号与炎性细胞因子成熟的分子平台被广泛研究。NLRP3炎性体的激活通常被描述为一个两步过程，最终导致caspase-1激活和下游效应信号。在实验环境中，活化的caspase-1与pro–IL-1β和pro–IL-18的切割以及gasdermin D的加工有关，这些事件在特定细胞环境中与炎性细胞因子释放和细胞焦亡相关。
5.3. 环状GMP-AMP合成酶-干扰素基因刺激蛋白通路
cGAS–STING通路在实验模型中被研究，作为一种连接细胞应激与干扰素相关免疫信号的核酸感知机制。在这些环境中，缺血再灌注后释放的线粒体和细胞游离DNA可激活cGAS，导致STING参与、干扰素调节因子3磷酸化和I型干扰素相关转录程序的诱导。
5.4. 补体系统与天然抗体
在实验模型中，补体系统的激活被报道为伴随组织损伤的天然免疫反应的一部分。补体激活涉及C3的切割、C3a和C3b等生物活性片段的产生以及膜攻击复合物等下游效应复合物的形成。实验研究进一步表明，再灌注相关的组织损伤暴露了可被天然免疫球蛋白M识别的新抗原，从而激活经典补体途径。
6. 治疗干预：实验基础、临床证据与转化挑战
对缺血再灌注后天然免疫反应的深入了解主要源于实验模型，并推动了针对炎症的治疗策略的广泛研究。在受控的临床前条件下，许多针对免疫细胞群体、炎症信号通路和递送平台的干预措施能够减轻炎症信号或改善心肌损伤的结构和功能指标。然而，大多数疗效是在以短暂缺血间隔、精确定义的再灌注时间和有限的共病复杂性为特征的动物模型中建立的。因此，明显的益处反映了特定背景下的实验结果，而非既定的临床有效性。
6.1. 针对免疫细胞的精准干预策略
在实验环境中，中性粒细胞导向的干预措施包括阻断趋化因子和粘附分子介导的募集、调节功能状态以及干扰NET形成。针对CXCR2信号、白细胞粘附通路或脂质介质受体的研究报道了在缺血再灌注模型中中性粒细胞积累和炎症信号的减少。单核细胞和巨噬细胞靶向策略同样侧重于调节募集动态、分化轨迹和功能表型。实验研究检查了限制炎症单核细胞从造血储备库动员、改变巨噬细胞极化的转录程序或选择性抑制促炎亚群的干预措施。同时，巨噬细胞中心的方法包括旨在调节特定巨噬细胞群体内细胞内信号通路、炎性介质或代谢状态的遗传、纳米颗粒或病毒策略。
