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◆摘 要：近年来，心血管疾病的发病率呈快速上升趋势，而其中心肌梗死是第一表现，可能会引发心力衰竭。人与成年哺乳动物的心脏在心肌受损后只能瘢痕修复，组织无法再生。斑马鱼以及新生小鼠强大的心脏再生能力为该领域研究带来了新的方向。免疫反应是心脏受损后的重要反应，对心肌细胞增殖作出巨大的贡献。
◆关键词：心脏再生;免疫反应;心肌细胞增殖;细胞因子
心血管疾病，特别是心力衰竭（heart failure）是全球人类死亡的主要原因之一。心力衰竭可能起源于很多病理性重构过程，但最常见的情况是由心梗中已分化心肌细胞的大量缺失造成的。由于心肌细胞的增殖能力不足，哺乳动物心脏损伤后有修复反应而不是再生，导致受损的心肌组织部分以细胞外基质取代，形成纤维疤痕。这会严重影响心脏的收缩运动，甚至导致死亡。在临床上对于心肌梗死的病人除了心脏移植之外并没有可靠的治疗方法。因此，对心肌细胞再生的研究对严重心脏疾病的临床治疗至关重要。
斑马鱼已被证明终生具有心脏再生能力，切除心尖处20%的心脏后可完全再生，其形态功能与对照组相比几乎无差别。除此之外，近年发现哺乳动物幼体如新生小鼠（7dpi）也具有心脏完全再生能力，而7日龄后小鼠心尖部分切除后心脏形成纤维瘢痕，无法完全再生。小鼠心脏再生能力的获得和缺失、心肌细胞的增殖、纤维瘢痕的形成和消退可能是心脏再生研究的关键所在。目前斑马鱼及小鼠心肌梗死模型的构建主要有心尖切除（apical resection ，AR），心肌梗死（myocardial infarction，MI），冷冻损伤（cryoinfarction ，CI）等方法。
免疫反应已被证明在心肌再生中发挥关键的作用。研究发现，与成年小鼠心尖切除模型相比，新生小鼠心尖切除模型受损处巨噬细胞大量募集，而招募的中性粒细胞数量较少。除了固有免疫外，对适应性免疫在心脏再生中的作用研究较少，主要集中在巨噬细胞和CD4+调节性T细胞（Treg）上。本文分别阐述了固有免疫及适应性免疫反应在斑马鱼及新生小鼠心脏再生中的作用，并且梳理相关领域研究进展。
一、免疫反应在心肌再生中的作用
新生儿和成人在心肌损伤后会立即发生急性炎症反应。Han等对成年小鼠心尖注射微量酵母多糖以促进炎症反应，发现急性炎症反应可以促进心肌细胞增殖，而注射免疫抑制剂地塞米松以抑制炎症反应后，受损的心脏不能再生。血液中的中性粒细胞、巨噬细胞被招募并浸润心肌受损部位，清除细胞碎片，并释放许多细胞因子以调节损伤组织微环境。除非特异性免疫细胞的作用外，特异性免疫细胞也可以抑制炎症反应的加剧而参与心肌修复及心脏再生。
（一）固有免疫在心脏再生中的作用
1.巨噬细胞
（1）巨噬细胞的类别和转换
巨噬细胞是一种经典的固有免疫应答细胞，广泛分布于全身各个组织器官之中。在不同的组织器官中巨噬细胞可以分化为不同的表型，如在脑组织中分化为小胶质细胞，在肺泡中分化为肺泡巨噬细胞等。这种高度可塑性可能与不同器官中局部组织微环境有关。
巨噬细胞有多种分类方式，根据来源可分为骨髓源性单核细胞分化的巨噬细胞（macrophages derived from bone marrow-derived monocytes，BMDM）和胚胎卵黄囊来源的巨噬细胞（embryonic yolk sac-derived macrophages，YSDM）。在正常生理条件下，人体组织内长期存在的巨噬细胞主要来自卵黄囊和胎肝;而炎症损伤后，巨噬细胞由单核细胞在趋化因子的引导下招募至损伤处，分化而来。
（2）巨噬细胞调节心脏再生
成年哺乳动物急性心肌梗死后迅速激活体内的固有免疫，血液中的巨噬细胞表现为M1样和M2样。经典激活促炎性M1巨噬细胞分泌TNF-α、IL-1、interferon-γ以及ROS等，促进炎症损伤过程，参与心肌梗死后心脏重塑、心衰等病理过程;转化激活抗炎性M2巨噬细胞发挥抗炎作用，清除坏死细胞、细胞碎片，招募间叶细胞分泌大量胞外蛋白，形成瘢痕组织，从而修复心肌细胞。心肌结构中胶原纤维的大量沉积以及胶原浓度的升高，可能会导致心脏重构，从而引发心力衰竭。随着微环境的变化，M1型巨噬细胞和M2型巨噬细胞维持动态平衡，在特定刺激下还能互相转换。
研究发现，成年斑马鱼心肌细胞再生过程中，巨噬细胞发挥重要的作用。Laura Bevan等于2019年用氯膦酸盐脂质体（clodronate liposome）分别减少早期（3dpi）和晚期损伤（7dpi）反應中巨噬细胞的数量，从而研究巨噬细胞的功能，发现在早期损伤中疤痕沉积减少，晚期损伤中疤痕溶解减少，说明在心脏再生不同时期内，不同类型的巨噬细胞发挥不同的作用。在心脏再生早期，tnfα+巨噬细胞促进疤痕的沉积;而在心脏再生晚期，tnfα+巨噬细胞转化为tnfα-巨噬细胞，促进胶原疤痕的溶解。
巨噬细胞还可以通过诱发炎症反应促进心脏再生。Cardoso等发现新生小鼠在心脏损伤后，选择性扩增MHC-IIlow CCR2-而不是MHC-IIhigh CCR2+巨噬细胞，诱导心肌细胞增殖和血管生成，促进心脏再生。研究发现，MHC-IIlow CCR2-巨噬细胞中IL-6，TNF-α、单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）等表达量远低于MHC-IIhigh CCR2+巨噬细胞，可能有助于心肌再生。另一项通过过表达CCL（CCR2 ligand）诱导CCR2+巨噬细胞在心脏中大量浸润的研究发现，左心室扩大并且功能障碍得到改善，心脏血管重新生成，表明CCR2+巨噬细胞可能在心肌细胞损伤修复中发挥双重作用。李燕等发现巨噬细胞通过分泌Mydgf（Myeloid-derived growth factor），激活心肌细胞中的PI3K-Akt信号通路，从而促进心肌损伤的新生小鼠发生心肌细胞增殖。除此之外，巨噬细胞可以转化为内皮样细胞，这可能也是巨噬细胞诱导血管生成的关键之处。 2.中性粒细胞
中性粒细胞是外周血白细胞中的主要成分，是参与炎症及过敏反应的关键效应细胞。中性粒细胞表面的趋化性受体使其可被IL-8等招募至损伤部位，以多种途径发挥作用。然而，在炎症反应的过程中，中性粒细胞可能会通过吞噬、脱颗粒（释放活性氧、溶酶体酶等）以及中性粒细胞外诱捕网（neutrophil extracellular traps，NETs）的释放损伤机体组织。
中性粒细胞在心脏再生中有两方面的作用。一方面，中性粒细胞会促进心脏损伤后的急性炎症反应。心肌损伤后，中性粒细胞快速在损伤部位募集并释放S100A8和S100A9等警告分子。这些警告分子可能会结合中性粒细胞表面的Toll样受体4（TLR4），从而引发炎症小体生成并分泌IL-1。分泌的IL-1与骨髓中在祖细胞或造血干细胞上的受体进行相互作用，刺激中性粒细胞生成。另一方面，中性粒细胞可以通过过氧化物酶的分泌，抑制损伤处过氧化氢的积累和爆发，对炎症消退有着积极的作用。
二、适应性免疫应答在心脏再生中的作用
1.T细胞
（1）T细胞亚群
初始T细胞经双信号活化后，在不同局部微环境下诱导分化为效应细胞，并形成不同功能的T细胞亚群。CD4+T细胞可受不同细胞因子的影响分化为Th1、Th2、Treg和Th17等亚群;CD8+T细胞可经两种方式分化为CTL。
Treg细胞是一类以发挥免疫抑制功能为主的T细胞亚群，表型特征因子为Foxp3、CD25、CD4，在机体免疫调节中发挥重要的作用。Treg细胞分泌IL-10、IL-35、TGF-β等细胞因子，从而可以抑制T细胞活化;也可以上调IL-2受体的表达，抑制IL-2与其他T细胞亚群结合，从而影响增殖活化。
（2）T细胞调节心脏再生
Tania Nevers等于2015年发现T细胞在左心室的招募是小鼠心衰条件下发生心脏重构的关键因素，其中Th1、Th2、Treg、Th17和CTL都在心室重构中起重要作用。Th1和Th2可以通过产生细胞因子，调节巨噬细胞的激活和转化，从而在心脏重构过程中发挥作用。Th17分泌的细胞因子IL-17可以促进心梗后的炎症反应，可能是人类缺乏心脏再生能力的原因之一。
尽管大多数辅助性T细胞在心肌再生中的研究较少，调节性T细胞（Treg）已被证实在心肌再生中发挥作用。赵文静等发现新生小鼠心尖切除处Foxp3蛋白表达水平增加，Treg细胞富集，且使用白喉毒素（diphtheria toxin，DT）特異性敲除Treg细胞后心肌再生能力丢失。进一步研究表明，敲除Treg细胞组相比对照组IL-10、IL-13、TGF-β等抑炎因子表达明显降低，而IL-6、TGF-α等促炎因子表达上调，提示Treg细胞可能会参与心肌受损后炎症消退的过程。Jiatao Li等[11]于2019年利用NOD/SCID小鼠发现固有免疫不足以完成心脏再生过程，而Foxp3+Treg细胞可以通过产生旁分泌因子（paracrine factors）促进NOD/SCID小鼠心肌细胞的增殖。
三、总结与展望
心血管疾病中心力衰竭的主要原因是心肌细胞的丢失，故将来治愈其的根本策略是用心脏再生医学方法补充丢失的心肌细胞。斑马鱼等低等脊椎动物终身具有心脏再生能力，新生哺乳动物也存在相似现象，然而成年人心肌损伤后心脏修复再生能力很差。免疫反应是心肌损伤后的重要反应，其在再生模型和非再生模型中的不同表现可能可以帮助理清心肌再生的机制，并为转化为临床手段干预人心脏再生带来新的希望。
参考文献
[1]谈勇，占贞贞.炎症反应在心肌再生中的作用[J].中国比较医学杂志，2020，30（11）：128-132.
[2]顾文超，周晓慧，林芳，范慧敏.T细胞亚群在心室重构中的作用研究进展[J].中国比较医学杂志，2017，27（10）：85-88.
[3]冯剑波，武明花，李桂源.调节性T细胞与胶质瘤的免疫治疗[J].中国生物化学与分子生物学报，2015，31（02）：135-139.
◆关键词：心脏再生;免疫反应;心肌细胞增殖;细胞因子
心血管疾病，特别是心力衰竭（heart failure）是全球人类死亡的主要原因之一。心力衰竭可能起源于很多病理性重构过程，但最常见的情况是由心梗中已分化心肌细胞的大量缺失造成的。由于心肌细胞的增殖能力不足，哺乳动物心脏损伤后有修复反应而不是再生，导致受损的心肌组织部分以细胞外基质取代，形成纤维疤痕。这会严重影响心脏的收缩运动，甚至导致死亡。在临床上对于心肌梗死的病人除了心脏移植之外并没有可靠的治疗方法。因此，对心肌细胞再生的研究对严重心脏疾病的临床治疗至关重要。
斑马鱼已被证明终生具有心脏再生能力，切除心尖处20%的心脏后可完全再生，其形态功能与对照组相比几乎无差别。除此之外，近年发现哺乳动物幼体如新生小鼠（7dpi）也具有心脏完全再生能力，而7日龄后小鼠心尖部分切除后心脏形成纤维瘢痕，无法完全再生。小鼠心脏再生能力的获得和缺失、心肌细胞的增殖、纤维瘢痕的形成和消退可能是心脏再生研究的关键所在。目前斑马鱼及小鼠心肌梗死模型的构建主要有心尖切除（apical resection ，AR），心肌梗死（myocardial infarction，MI），冷冻损伤（cryoinfarction ，CI）等方法。
免疫反应已被证明在心肌再生中发挥关键的作用。研究发现，与成年小鼠心尖切除模型相比，新生小鼠心尖切除模型受损处巨噬细胞大量募集，而招募的中性粒细胞数量较少。除了固有免疫外，对适应性免疫在心脏再生中的作用研究较少，主要集中在巨噬细胞和CD4+调节性T细胞（Treg）上。本文分别阐述了固有免疫及适应性免疫反应在斑马鱼及新生小鼠心脏再生中的作用，并且梳理相关领域研究进展。
一、免疫反应在心肌再生中的作用
新生儿和成人在心肌损伤后会立即发生急性炎症反应。Han等对成年小鼠心尖注射微量酵母多糖以促进炎症反应，发现急性炎症反应可以促进心肌细胞增殖，而注射免疫抑制剂地塞米松以抑制炎症反应后，受损的心脏不能再生。血液中的中性粒细胞、巨噬细胞被招募并浸润心肌受损部位，清除细胞碎片，并释放许多细胞因子以调节损伤组织微环境。除非特异性免疫细胞的作用外，特异性免疫细胞也可以抑制炎症反应的加剧而参与心肌修复及心脏再生。
（一）固有免疫在心脏再生中的作用
1.巨噬细胞
（1）巨噬细胞的类别和转换
巨噬细胞是一种经典的固有免疫应答细胞，广泛分布于全身各个组织器官之中。在不同的组织器官中巨噬细胞可以分化为不同的表型，如在脑组织中分化为小胶质细胞，在肺泡中分化为肺泡巨噬细胞等。这种高度可塑性可能与不同器官中局部组织微环境有关。
巨噬细胞有多种分类方式，根据来源可分为骨髓源性单核细胞分化的巨噬细胞（macrophages derived from bone marrow-derived monocytes，BMDM）和胚胎卵黄囊来源的巨噬细胞（embryonic yolk sac-derived macrophages，YSDM）。在正常生理条件下，人体组织内长期存在的巨噬细胞主要来自卵黄囊和胎肝;而炎症损伤后，巨噬细胞由单核细胞在趋化因子的引导下招募至损伤处，分化而来。
（2）巨噬细胞调节心脏再生
成年哺乳动物急性心肌梗死后迅速激活体内的固有免疫，血液中的巨噬细胞表现为M1样和M2样。经典激活促炎性M1巨噬细胞分泌TNF-α、IL-1、interferon-γ以及ROS等，促进炎症损伤过程，参与心肌梗死后心脏重塑、心衰等病理过程;转化激活抗炎性M2巨噬细胞发挥抗炎作用，清除坏死细胞、细胞碎片，招募间叶细胞分泌大量胞外蛋白，形成瘢痕组织，从而修复心肌细胞。心肌结构中胶原纤维的大量沉积以及胶原浓度的升高，可能会导致心脏重构，从而引发心力衰竭。随着微环境的变化，M1型巨噬细胞和M2型巨噬细胞维持动态平衡，在特定刺激下还能互相转换。
研究发现，成年斑马鱼心肌细胞再生过程中，巨噬细胞发挥重要的作用。Laura Bevan等于2019年用氯膦酸盐脂质体（clodronate liposome）分别减少早期（3dpi）和晚期损伤（7dpi）反應中巨噬细胞的数量，从而研究巨噬细胞的功能，发现在早期损伤中疤痕沉积减少，晚期损伤中疤痕溶解减少，说明在心脏再生不同时期内，不同类型的巨噬细胞发挥不同的作用。在心脏再生早期，tnfα+巨噬细胞促进疤痕的沉积;而在心脏再生晚期，tnfα+巨噬细胞转化为tnfα-巨噬细胞，促进胶原疤痕的溶解。
巨噬细胞还可以通过诱发炎症反应促进心脏再生。Cardoso等发现新生小鼠在心脏损伤后，选择性扩增MHC-IIlow CCR2-而不是MHC-IIhigh CCR2+巨噬细胞，诱导心肌细胞增殖和血管生成，促进心脏再生。研究发现，MHC-IIlow CCR2-巨噬细胞中IL-6，TNF-α、单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）等表达量远低于MHC-IIhigh CCR2+巨噬细胞，可能有助于心肌再生。另一项通过过表达CCL（CCR2 ligand）诱导CCR2+巨噬细胞在心脏中大量浸润的研究发现，左心室扩大并且功能障碍得到改善，心脏血管重新生成，表明CCR2+巨噬细胞可能在心肌细胞损伤修复中发挥双重作用。李燕等发现巨噬细胞通过分泌Mydgf（Myeloid-derived growth factor），激活心肌细胞中的PI3K-Akt信号通路，从而促进心肌损伤的新生小鼠发生心肌细胞增殖。除此之外，巨噬细胞可以转化为内皮样细胞，这可能也是巨噬细胞诱导血管生成的关键之处。 2.中性粒细胞
中性粒细胞是外周血白细胞中的主要成分，是参与炎症及过敏反应的关键效应细胞。中性粒细胞表面的趋化性受体使其可被IL-8等招募至损伤部位，以多种途径发挥作用。然而，在炎症反应的过程中，中性粒细胞可能会通过吞噬、脱颗粒（释放活性氧、溶酶体酶等）以及中性粒细胞外诱捕网（neutrophil extracellular traps，NETs）的释放损伤机体组织。
中性粒细胞在心脏再生中有两方面的作用。一方面，中性粒细胞会促进心脏损伤后的急性炎症反应。心肌损伤后，中性粒细胞快速在损伤部位募集并释放S100A8和S100A9等警告分子。这些警告分子可能会结合中性粒细胞表面的Toll样受体4（TLR4），从而引发炎症小体生成并分泌IL-1。分泌的IL-1与骨髓中在祖细胞或造血干细胞上的受体进行相互作用，刺激中性粒细胞生成。另一方面，中性粒细胞可以通过过氧化物酶的分泌，抑制损伤处过氧化氢的积累和爆发，对炎症消退有着积极的作用。
二、适应性免疫应答在心脏再生中的作用
1.T细胞
（1）T细胞亚群
初始T细胞经双信号活化后，在不同局部微环境下诱导分化为效应细胞，并形成不同功能的T细胞亚群。CD4+T细胞可受不同细胞因子的影响分化为Th1、Th2、Treg和Th17等亚群;CD8+T细胞可经两种方式分化为CTL。
Treg细胞是一类以发挥免疫抑制功能为主的T细胞亚群，表型特征因子为Foxp3、CD25、CD4，在机体免疫调节中发挥重要的作用。Treg细胞分泌IL-10、IL-35、TGF-β等细胞因子，从而可以抑制T细胞活化;也可以上调IL-2受体的表达，抑制IL-2与其他T细胞亚群结合，从而影响增殖活化。
（2）T细胞调节心脏再生
Tania Nevers等于2015年发现T细胞在左心室的招募是小鼠心衰条件下发生心脏重构的关键因素，其中Th1、Th2、Treg、Th17和CTL都在心室重构中起重要作用。Th1和Th2可以通过产生细胞因子，调节巨噬细胞的激活和转化，从而在心脏重构过程中发挥作用。Th17分泌的细胞因子IL-17可以促进心梗后的炎症反应，可能是人类缺乏心脏再生能力的原因之一。
尽管大多数辅助性T细胞在心肌再生中的研究较少，调节性T细胞（Treg）已被证实在心肌再生中发挥作用。赵文静等发现新生小鼠心尖切除处Foxp3蛋白表达水平增加，Treg细胞富集，且使用白喉毒素（diphtheria toxin，DT）特異性敲除Treg细胞后心肌再生能力丢失。进一步研究表明，敲除Treg细胞组相比对照组IL-10、IL-13、TGF-β等抑炎因子表达明显降低，而IL-6、TGF-α等促炎因子表达上调，提示Treg细胞可能会参与心肌受损后炎症消退的过程。Jiatao Li等[11]于2019年利用NOD/SCID小鼠发现固有免疫不足以完成心脏再生过程，而Foxp3+Treg细胞可以通过产生旁分泌因子（paracrine factors）促进NOD/SCID小鼠心肌细胞的增殖。
三、总结与展望
心血管疾病中心力衰竭的主要原因是心肌细胞的丢失，故将来治愈其的根本策略是用心脏再生医学方法补充丢失的心肌细胞。斑马鱼等低等脊椎动物终身具有心脏再生能力，新生哺乳动物也存在相似现象，然而成年人心肌损伤后心脏修复再生能力很差。免疫反应是心肌损伤后的重要反应，其在再生模型和非再生模型中的不同表现可能可以帮助理清心肌再生的机制，并为转化为临床手段干预人心脏再生带来新的希望。
参考文献
[1]谈勇，占贞贞.炎症反应在心肌再生中的作用[J].中国比较医学杂志，2020，30（11）：128-132.
[2]顾文超，周晓慧，林芳，范慧敏.T细胞亚群在心室重构中的作用研究进展[J].中国比较医学杂志，2017，27（10）：85-88.
[3]冯剑波，武明花，李桂源.调节性T细胞与胶质瘤的免疫治疗[J].中国生物化学与分子生物学报，2015，31（02）：135-139.