《Frontiers in Immunology》:Macrophage polarization in acute myocardial infarction: multidimensional regulation and emerging therapeutic opportunities
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這篇綜述系統(tǒng)闡述了巨噬細胞極化在急性心肌梗死(AMI)后心臟修復中的核心作用,重點探討了其多維調控機制(包括代謝重編程、表觀遺傳、信號通路和心臟微環(huán)境)及靶向干預策略(如分子藥物、基因編輯、納米藥物遞送系統(tǒng)和中醫(yī)藥),為開發(fā)促進心臟修復的新型免疫治療提供了重要見解。
急性心肌梗死(AMI)是全球范圍內導致心力衰竭和死亡的主要原因之一。在AMI后的心臟修復過程中,巨噬細胞極化扮演著決定性角色。這篇綜述深入探討了巨噬細胞從促炎的M1表型向抗炎修復的M2表型動態(tài)轉換的多維調控網絡,并展望了靶向此過程的新興治療機遇。
巨噬細胞是心臟先天免疫反應的核心參與者。梗死發(fā)生后,循環(huán)中的單核細胞被募集至損傷部位,分化為巨噬細胞。這些細胞表現出驚人的可塑性,其功能狀態(tài)高度依賴于微環(huán)境信號。傳統(tǒng)上,巨噬細胞被簡化為M1(經典激活,促炎)和M2(替代激活,抗炎/修復)兩種主要類型。M1巨噬細胞在梗死后早期(約前3天)占主導,通過分泌腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白介素-1β(IL-1β)等促炎因子清除壞死細胞和降解細胞外基質(ECM)。然而,M1的持續(xù)存在會加劇組織損傷。約5-7天后,修復階段開啟,M2巨噬細胞逐漸成為主力,通過分泌IL-10、血管內皮生長因子(VEGF)和轉化生長因子-β1(TGF-β1)等因子,發(fā)揮抗炎、促進血管生成和組織修復的作用。M1向M2的適時轉換對于限制心肌損傷、促進功能恢復至關重要。
代謝與表觀遺傳的時空調控
AMI誘導的缺血缺氧微環(huán)境是驅動巨噬細胞代謝重編程的關鍵因素。M1巨噬細胞主要依賴糖酵解供能,這一過程由缺氧誘導因子-1α(HIF-1α)驅動。糖酵解能快速產生ATP,但也會導致乳酸堆積和活性氧(ROS)水平升高,維持其促炎狀態(tài)。相反,M2巨噬細胞則主要依賴脂肪酸氧化(FAO)和完整的三羧酸(TCA)循環(huán),通過氧化磷酸化(OXPHOS)高效產生活性氧(ROS)水平較低,有利于修復功能。這種代謝轉換并非孤立事件,它深刻影響著表觀遺傳狀態(tài)。例如,糖酵解產物乳酸可誘導組蛋白乳酸化,這種新興的表觀遺傳修飾被發(fā)現能促進M2相關基因的表達,從而連接了代謝與基因調控。
表觀遺傳機制,包括DNA甲基化、組蛋白修飾(如甲基化、乙酰化、乳酸化)和非編碼RNA(如miRNA、lncRNA),為巨噬細胞極化提供了穩(wěn)定的編程。它們能響應微環(huán)境信號,調控炎癥和修復相關基因的開放與否,從而決定巨噬細胞的命運。代謝重編程與表觀遺傳修飾相互交織,構成了調控極化時間窗口的核心。
信號通路構成的精密網絡
巨噬細胞極化受到多條關鍵信號通路的精細調控。核因子κB(NF-κB)通路是M1極化的核心驅動力,響應損傷相關分子模式(DAMPs)后,促進大量促炎因子的產生。Janus激酶-信號轉導及轉錄激活因子(JAK-STAT)通路則扮演著“平衡木”的角色:STAT1激活促進M1極化,而STAT6激活則偏向M2極化。磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)通路通常有助于M2極化和心臟修復。Hippo通路的關鍵效應分子YAP/TAZ在修復期入核后能促進M2基因表達。Notch信號通路通常維持M1激活,其抑制有助于M2轉換。這些通路并非孤立工作,而是存在復雜的交叉對話,其協(xié)同或拮抗效應共同塑造了巨噬細胞的最終功能狀態(tài)。
心臟微環(huán)境的綜合影響
心臟損傷局部的免疫因子網絡(如IL-4、IL-13、IFN-γ、鞘氨醇-1-磷酸S1P)通過自分泌和旁泌方式精確指導著巨噬細胞極化。此外,梗死區(qū)域的機械應力(如組織牽張)和細胞外基質(ECM)剛度變化也是重要調控因素。在高剛度環(huán)境中,機械敏感離子通道Piezo1被激活,通過鈣離子(Ca2+)內流增強NF-κB信號,促進M1炎癥反應;而在低剛度環(huán)境中,則有利于M2極化。其他免疫細胞,如調節(jié)性T細胞(Tregs)和樹突狀細胞(DCs),也通過直接接觸或外泌體等方式與巨噬細胞協(xié)同,共同調節(jié)免疫應答的平衡。個體的免疫背景,如性別(通過雌激素等性激素)和年齡,也會顯著影響巨噬細胞的極化傾向和心臟修復結局。
新興的治療策略與挑戰(zhàn)
針對上述調控機制,多種干預策略正在探索中。藥物干預靶向NF-κB、JAK-STAT等關鍵通路,以期抑制M1或促進M2極化。基因編輯技術(如CRISPR-Cas9)和基于外泌體(Exosome)的遞送系統(tǒng)能夠更精確地調控特定基因的表達。納米醫(yī)學遞送系統(tǒng)利用功能化納米顆粒或水凝膠,可實現藥物的靶向遞送和可控釋放,提高療效并減少副作用。中醫(yī)藥(TCM)以其多成分、多靶點的整體調節(jié)特點,在調節(jié)巨噬細胞平衡方面展現出獨特優(yōu)勢,例如暖心安(Nuanxinkang)方劑可通過調控HIF-1α/PDK1軸促進M2極化。
展望未來,盡管靶向巨噬細胞極化的治療前景廣闊,但仍面臨挑戰(zhàn)。如何實現時空特異性的精準調控,避免對全身免疫系統(tǒng)產生不必要的干擾,是未來研究的關鍵。理解代謝、表觀遺傳、信號通路和微環(huán)境之間復雜的相互作用,將有助于開發(fā)出更有效、更安全的組合療法,最終為AMI患者帶來新的希望。