免疫反应在心血管疾病的发生发展中起着关键作用。巨噬细胞作为固有免疫系统的多功能细胞，在心血管损伤后发生的初始炎症反应中发挥重要作用，从而诱导后续损伤，同时促进恢复。同时，巨噬细胞表型的多样性和表型改变与不同类型和严重程度的心血管疾病密切相关，包括冠心病、瓣膜病、心肌炎、心肌病、心力衰竭、动脉粥样硬化和动脉瘤，这强调了研究特定疾病背景下的巨噬细胞调节机制的重要性。此外，随着单细胞测序技术的不断发展，人们从更高分辨率上揭示了巨噬细胞的异质性、细胞间相互作用以及治疗靶点的下游机制，为巨噬细胞介导的心血管疾病机制和潜在治疗靶点提供了新的视角。值得注意的是，心肌纤维化是大多数心脏疾病的普遍特征，仍然是一个巨大的临床挑战，需要深入研究巨噬细胞在心脏疾病背景下对心肌纤维化的影响。
本文以《Macrophages in cardiovascular diseases: molecular mechanisms and therapeutic targets》文章的第一部分到第五部分为知识框架，讨论巨噬细胞的分类，巨噬细胞在心血管疾病中的作用，单细胞技术所带来的新观点。
一、心血管系统中巨噬细胞起源、表型和功能
1）心脏巨噬细胞的起源、表型和功能：在心脏稳态中，心脏中存在三种类型的巨噬细胞。CCR2- MHC-Ⅱlow巨噬细胞和CCR2-MHC-Ⅱhigh巨噬细胞来源于卵黄囊细胞和胎肝单核细胞，通过自我更新维持亚群的数量，而单核细胞对亚群的数量也有少量贡献。CCR2+MHC-Ⅱhigh巨噬细胞来源于胎儿肝单核细胞，在发育过程中逐渐被循环单核细胞所取代。心肌梗死发生时，心肌TLF+巨噬细胞进行自我更新。此外，大量Ly6Chigh单核细胞浸润心脏，主要分化为MHC-Ⅱ+巨噬细胞、ISG+巨噬细胞和Trem2+巨噬细胞三种类型的巨噬细胞。
2）血管系统中巨噬细胞的起源、表型和功能：动脉内巨噬细胞稳态期间主要位于外膜，来源于卵黄囊细胞、胎儿肝单核细胞和骨髓(出生后)。在动脉粥样硬化中，巨噬细胞可分为四个主要亚群，包括增殖型巨噬细胞、炎性巨噬细胞、干扰素诱导型巨噬细胞(IFNIC)和泡沫/TREM2+巨噬细胞。增殖性巨噬细胞通过完全自我更新来维持亚群的数量，其他亚群来自Ly6Chigh单核细胞。
二、巨噬细胞在缺血性心脏病中的作用
1.急性心肌梗死炎症期
急性心肌梗死是指急性心肌缺血导致的大量心肌细胞死亡和急性心肌损伤。
（1）合成促炎介质：炎症期合成的大部分促炎介质具有促纤维化作用，包括IL-1，NLRP3炎症小体、IL-6和Ang-II等，其中IL-1在炎症期发挥主导作用。
（2）合成MMPs：MMP能够调节炎症信号传导或通过降解以ECM为主的底物影响纤维化过程。AMI炎症期下，巨噬细胞所分泌的重要MMP 包括MMP-9、MMP-12和MMP-28，其中MMP-9研究更为广泛。
（3）吞噬作用：凋亡细胞表达多种吸引吞噬细胞的信号，这些信号可以与巨噬细胞上的吞噬相关受体结合从而启动吞噬过程，其中比较重要的吞噬相关受体包括Mertk、Mfge8 和CD36，此过程的抑制将导致炎症程序受阻和更大范围的纤维化。
2.急性心肌梗死修复期
急性心肌梗死修复期是指炎症期后炎症逐渐消退、肌成纤维细胞增殖和瘢痕形成的过程，通常发生在MI发病后4 ~ 14天。
（1）TGF-β：巨噬细胞是修复期TGF-β的重要来源之一，它通过Smad家族传导下游信号，特别是通过TGF-β/Smad3轴激活成纤维细胞，促进其迁移、转分化和合成胶原蛋白和纤连蛋白。
（2）IL-10：IL-10作为一种多效性细胞因子，在纤维化的调节中也发挥着重要作用。然而，IL-10的作用具有差异性，既可以促进纤维化也可能抑制纤维化。
3.慢性心肌梗死
慢性心肌梗死是指因心肌持续缺血而导致的损伤，可视为急性心梗的一种后续状态，并会进一步发展为心衰。
（1）调节炎症反应：由巨噬细胞主要释放的炎症因子IL-1β和TNF-α促进心脏的炎症和纤维化。
（2）与T细胞相互作用：Th2细胞分泌IL-4和IL-13，Tregs细胞分泌IL-10、IL-13和TGF-β，均能刺激巨噬细胞M2极化进而产生TGFβ、galectin-3、MMP-9等因子，促进纤维化；主要由M1巨噬细胞产生的IL-1β和IL-23与TLR信号协同作用，驱动γδT细胞扩增和IL-17A的产生，IL-17A在重塑后期促进巨噬细胞浸润，产生促炎因子和MMPs，并促进纤维化。
4.缺血再灌注损伤
急性缺血后的再灌注可能会导致缺血再灌注损伤。再灌注梗死死亡细胞数量较少，梗死区较小且为非透壁梗死，因此需要瘢痕修复的面积较小，缺血和再灌注共同诱导了替代性纤维化和间质纤维化等心脏重构。
（1）吞噬作用：CCR2-MHC-Ⅱlow巨噬细胞通过MerTK发挥吞噬作用，然而再灌注中的活性氧会诱导MerTK水解，导致其功能障碍和抗炎介质IL-10、TGF-β的减少以及促炎介质IL -1β、TNF-α的增加，最终抑制炎症消退和心脏修复。MHC-Ⅱhigh巨噬细胞上表达AXL也介导巨噬细胞清除凋亡细胞，促进巨噬细胞向炎症表型转化和IL-1β分泌。
（2）促进炎症和纤维化反应：在损伤早期，募集的巨噬细胞上调LGR4、Dectin-1、CCL17和CD44，调节炎症和纤维化反应。在损伤后期，CCL2刺激CCR2+巨噬细胞向修复性表型转化，释放TGF-β促进纤维化。此外，CCR2+巨噬细胞摄取CCR2-巨噬细胞产生的小细胞外囊泡(sEV) miR-181b-5p时，会向修复型极化。相反，M2b巨噬细胞通过调节MAPK信号通路抑制成纤维细胞的活化，抑制纤维化。
三、巨噬细胞在非缺血性心脏病中的作用
1.压力超负荷
压力超负荷是一种机械性疾病，能引起心肌肥厚和纤维化，最常见的病因包括高血压和心脏瓣膜病。
（1）神经体液系统：纤维化和心肌肥大的发生主要是由神经体液系统（主要是RAAS）以及机械应力作用启动。在RAAS的刺激下，巨噬细胞内PPAR-γ信号的抑制以及NF-κB信号的激活启动下游的炎症小体活化和IL-1β等炎症基因表达，最终引起纤维化和心肌肥大。
（2）机械应力：机械应力通过间接和直接的方式激活巨噬细胞。除通过激活T细胞和成纤维细胞间接激活巨噬细胞，机械应力也能直接促进M2巨噬细胞极化。
（3）产生炎症介质：炎症因子在PO的不良心脏重塑中发挥重要作用，其中与纤维化相关的IL-6和与心肌肥大相关的IFN-γ和GATA3受到了更多关注。
2.心肌炎
心肌炎是一种病理状态，其特征是炎性细胞浸润到心肌中并在心肌细胞中发生非缺血性坏死。病毒是其最主要的诱导因素。
（1）促进心脏炎症：病毒侵入心肌后，心脏浸润巨噬细胞响应感染释放出大量细胞因子和基质金属蛋白酶，主要包括IL-1β、IL-6、TNF-α和MMP-9。IL-1β和TNF-α进一步促进了心肌损伤。而MMP-9不仅有助于ECM水解，阻断病毒的传播，还可以通过影响IFN-β, IFN-γ, IL-6 和MIP-1的表达减少炎症细胞的侵袭，从而减少病毒性心肌炎的炎症反应和纤维化。
（2）NO：病毒也促进巨噬细胞表达一氧化氮合成酶，合成过量的NO，增强了心肌成纤维细胞p44/42 MAPK活化，促进其表达结缔组织生长因子，刺激成纤维细胞的增殖和胶原蛋白的分泌。
（3）维生素D：维生素D信号传导被激活，升高了pERK的表达，刺激骨桥蛋白（OPN）的分泌，进而作用于成纤维细胞导致纤维化。
3.扩张型心肌病
扩张型心肌病是一种以左心室或双侧心室扩大伴心室收缩功能减退为特征的原发性心肌病。
（1）促炎巨噬细胞：通过合成MD-2和TLR4/NF-κB信号通路促进炎症因子的合成，还能合成NLRP3炎症小体进一步心肌细胞焦亡和心肌纤维化。
（2）驻留巨噬细胞：通过吸收功能失调的线粒体和其他货物来改善心肌代谢和抑制纤维化，并分泌IGF-1来抑制CTGF从而显著抑制纤维化和改善心功能。
4.糖尿病心肌病
糖尿病心肌病被定义为糖尿病患者的心肌结构和表现异常，心肌纤维化是其特征性病理改变。
（1）巨噬细胞胞葬作用受损：导致心肌组织异常线粒体清除障碍、凋亡心肌细胞清除受阻、代谢废物在细胞外积聚等不良后果，最终导致心脏代谢平衡失衡和心室功能障碍。
（2）向炎症表型转化：高糖作用于巨噬细胞中Dectin-1、Galectin-3、SGLT1相关通路，使其向炎症性表型转化并分泌TNF-α、IL-6、IL-1β等炎症细胞因子作用于心脏成纤维细胞，促进心脏纤维化的发生。同时，心脏中神经肽物质P、脂联素等抗炎物质的减少进一步诱导巨噬细胞向炎症表型转化。
（3）直接分泌促纤维化因子：巨噬细胞来源的外泌体相关HuR在高血糖诱导下分泌增多；RAAS的激活促进巨噬细胞向心脏浸润并分泌OPN。HuR和OPN能够直接作用于成纤维细胞，上调纤维化相关基因的表达。
5.心脏老化
心脏老化是指随着年龄增长，由于端粒缩短、氧化应激、代谢功能紊乱和表观遗传改变等因素，心脏发生肥大、收缩舒张功能障碍、脂质沉积以及纤维化等病理改变，最终走向衰竭的一种状态。
（1）巨噬细胞浸润：随着年龄的增长，心脏驻留巨噬细胞逐渐被单核来源的CCR2+巨噬细胞取代，这种现象主要与心脏衰老过程中逐渐积累的ROS密切相关。ROS激活成纤维细胞内Ras-Erk通路促进其高表达MCP-1。同时，ROS还能诱导血管内皮细胞高表达粘附分子VCAM-1。
（2）MMP-9：过量MMP-9减少血管生成相关基因表达，导致血管生成不足，使得心脏组织氧气供应不平衡，引发炎症反应。MMP-9还能调节巨噬细胞亚型，其促进巨噬细胞向炎症性的M1表型极化。
四、巨噬细胞在血管疾病中的作用
1.动脉粥样硬化 斑块进展
动脉粥样硬化是一种由脂质驱动的慢性炎症反应，其病理基础是oxLDL在动脉内膜的蓄积。
（1）炎症：M1 巨噬细胞在进展性斑块中占主导地位，主要通过释放促炎细胞因子，包括IL-1，IL-6，TNF等等，促进斑块的慢性炎症使斑块进展和不稳定。M2巨噬细胞能够分泌抗炎细胞因子，包括IL-10和TGF-β，有助于终止炎症和抑制坏死核心的形成
（2）脂质代谢：巨噬细胞中胆固醇代谢包括摄取、酯化和外排三个阶段，其中的摄取和外排阶段获得了更多关注。摄取过程是修饰的LDL在细胞内积累和脂肪条纹形成的主要步骤。然而，如果胆固醇外流的功能有效，泡沫细胞的形成和泡沫细胞发展为凋亡细胞的过程将被抑制。
（3）胞葬作用：胞葬作用是巨噬细胞清除凋亡细胞的过程，从而限制由凋亡细胞引起的继发性坏死和终止炎症反应，有利于阻止AS的进展。
（4）钙化：斑块的钙化程度也是一个衡量斑块稳定性的指标。M1巨噬细胞形成的微钙化不能形成没有稳定的结构而与斑块破裂的风险增加有关。然而，M2巨噬细胞形成的大钙化则能够稳定AS斑块。
2.动脉粥样硬化 斑块破裂
易破裂的斑块包含大的坏死核心和薄的纤维帽，还具有高 MMP 活性、 ECM 蛋白水解、VSMC 去分化、胞吐作用受损和慢性炎症的特征。
巨噬细胞衍生的MMP通过直接降解胶原蛋白和弹性蛋白等ECM蛋白使纤维帽变薄，所以属于胶原酶的MMP-1，MMP-8，MMP-12对斑块稳定性的影响更大。
3.动脉粥样硬化 斑块消退
随着循环血液中LDL -胆固醇的持续降低，斑块可能发生消退。在消退过程中，斑块成分较进展期斑块发生明显变化。
（1）巨噬细胞减少：消退过程中，斑块纤维帽厚度增加，巨噬细胞含量降低和M2巨噬细胞极化斑块。巨噬细胞数量的减少主要取决于局部增殖的抑制和巨噬细胞从炎症部位流出。
（2）M2巨噬细胞极化：Tregs对于在消退斑块中巨噬细胞的外流，M2极化和促分解功能至关重要。miR-33和HDL也能调控M2巨噬细胞极化。
4.动脉瘤
动脉瘤通常发生于主动脉，主要病理特征为平滑肌细胞凋亡、炎症反应和基质降解。
（1）吞噬作用：M1巨噬细胞发挥吞噬作用清除早期细胞碎片，此时会产生大量的ROS，它们与其他来源的ROS共同进一步激活巨噬细胞，从而不断增强此循环。
（2）调控炎症：M1巨噬细胞分泌炎症因子（如IL-6、TNF、IL-1β）、趋化因子(如CXCL1、CCL2)和血管生成素相关蛋白2 (ANGPTL2)，促进炎症的发展。M2巨噬细胞通过上调转录因子KLF6或下调过氧化物酶体增殖物激活受体(PPARδ)的激活来分泌IL-10和TGF-β等抗炎因子，抑制炎症因子和MMPs生成，清除血红蛋白和调节氧化应激促进血管重建和修复。
（3）ECM降解：巨噬细胞通过激活STING、端粒酶逆转录酶、JNK和p38通路，释放MMP-9、MMP-2和MMP-3等蛋白酶，导致主动脉壁出血和破裂。
五、单细胞测序技术带来的新观点
1.心脏巨噬细胞
（1）巨噬细胞分群：CCR2的表达区分巨噬细胞来源的结果不够精确。scRNA-seq定义了最主要的驻留巨噬细胞亚群，TLF+(expressing TIMD4 and/or LYVE1 and/or FOLR2)巨噬细胞。scRNA-seq也对募集巨噬细胞进一步划分，发现ISG+（interferon-stimulated gene）巨噬细胞和MHC-II+巨噬细胞是炎症期比较重要的两个促炎亚群，而Trem2+巨噬细胞是修复期比较主要的抗炎亚群。
（2）挖掘新的潜在机制：最近的scRNA-seq研究发现microRNA-21、ALKBH5、SPP1、Runx1和NLRP3能成为调控巨噬细胞炎症的新靶点。此外，空间转录组学可以补充scRNA-seq丢失的在空间层面的位置信息，从而揭示巨噬细胞的空间分布模式和巨噬细胞与其他细胞的实际的相互作用。
2.血管巨噬细胞
（1）巨噬细胞分群：scRNA-seq分析小鼠和人的血管中巨噬细胞的多样性，鉴定了参与稳态维持的驻留巨噬细胞，血管疾病发生时的炎性巨噬细胞、抗炎性巨噬细胞和增殖巨噬细胞。其中， Trem2+巨噬细胞是重要的抗炎巨噬细胞，富含脂质，类似于M2样表型。此外，在AS中也发现了一组IFN诱导的与炎症相关的巨噬细胞。
（2）挖掘新的潜在机制：基于scRNA-seq的细胞间相互作用分析表明，巨噬细胞主要与内皮细胞、T细胞和VSMC相互作用。此外，利用scRNA-seq探索血管疾病干预靶点的下游机制，包括netrin-1、miR-33和CD47/SIRPα，其中netrin-1是AS和AA的共同靶点。到目前为止，ST在血管疾病中的研究报道较少。
原文和图片来源：Chen R, Zhang H, Tang B, Luo Y, Yang Y, Zhong X, Chen S, Xu X, Huang S, Liu C. Macrophages in cardiovascular diseases: molecular mechanisms and therapeutic targets. Signal Transduct Target Ther. 2024 May 31;9(1):130.
链接：https://www.nature.com/articles/s41392-024-01840-1
