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单核细胞亚群与冠心病的相关性研究进展

2021-11-25伟,2

医学理论与实践 2021年22期
关键词:单核细胞亚群硬化

钟 玲 苏 伟,2

1 南京中医药大学,江苏省南京市 210023; 2 无锡市中医医院

冠状动脉粥样硬化性心脏病(Coronary Heart Disease,CHD)简称冠心病,冠心病主要包括稳定型心绞痛(Stable Angina Pectoris,SAP)与急性冠脉综合征(Acute coronary syndrome,ACS)两大类。随着人们生活方式的改变,冠心病的发病率呈现逐年增长以及逐渐年轻化的趋势,严重危害人类的健康。冠心病的发生往往与多种因素有关,动脉粥样斑块形成通常被认为是冠心病的主要病理因素。现代医学认为,动脉粥样硬化的发生发展过程较为复杂,主要涉及炎症、氧化应激和血栓形成等方面。其中炎症标志物与动脉粥样硬化密切相关,炎症细胞浸润是动脉粥样硬化进展的标志[1]。炎性细胞因子和趋化因子的产生会加速冠状动脉狭窄和斑块破裂,从而导致心绞痛、心肌梗死等冠心病的发生。

单核细胞被证实在炎症反应中起到重要的作用,不同单核细胞可以具有促炎与抗炎的不同作用,随着现代医学的不断发展,单核细胞亚群逐渐成为近年来的一个研究方向,单核细胞亚群可能在冠心病的发生发展过程中参与了炎症反应,且在促炎与抗炎方面的作用各不相同,本文拟对单核细胞亚群与冠心病发生的相关性进行系统阐述。

1 单核细胞亚群

单核细胞是一种吞噬细胞,其主要来源是骨髓髓样祖细胞,在正常形态下,单核细胞的数量占白细胞总数的3%~8%。单核细胞在人体的血液循环系统中起作用,是人体免疫系统的重要组成部分。在人体发生炎症反应时,单核细胞的数量往往会产生相应的变化。从而保护人体免受外界侵蚀,并调控人体炎症反应 。

单核细胞存在着异质性,单核细胞表面存在着多种分子标记物,如黏附分子、补体受体、细胞因子等,此类分子共同参与细胞的迁移、吞噬等生理病理过程。单核细胞通过活化后可以产生如CD14 (LPS受体)和CD16(FcγRⅢA受体)等分子标记物,通过CD14与CD16的表达量可以部分反映出单核细胞的功能[2]。

根据单核细胞不同的表型与功能,其可以分为不同的单核细胞亚群,单核细胞亚群的变化与多种疾病包括细菌和病毒感染、自身免疫和慢性炎症有关。其中细菌性败血症、登革热、克罗恩氏病、心血管疾病和类风湿性关节炎中单核细胞更为丰富[3]。目前最为常用的是2010年国际免疫学联合会发表的分类类别,主要将单核细胞分为3类:经典型亚群(Classical Monocytes,CMs;CD14++CD16-)、中间型亚群(Intermediate Monocytes,IMs;CD4++CD16+)、非典型亚群(Nonclassical Monocytes,NCMs;CD14+CD16++)。

1.1 经典型亚群(CD14++CD16-) 经典型亚群(CMs,CD14++CD16-)为单核细胞亚群中最常见的一种,约占所有单核细胞总数的80%~95%,巨噬细胞很少,大部分是树突状细胞,具有较强的吞噬作用,高抗体依赖性细胞介导的细胞毒性、增加皮肤归巢潜能、伤口愈合、凝血、组织修复、促炎症(S-100蛋白)、抗凋亡、增殖、对各种刺激的反应、抗菌、可塑性更强。Sager, H.B 等发现CMs可以高表达高水平的单核细胞趋化蛋白-1的趋化因子受体CCR2[chemokine(C-C motif) receptor 2, CCR2],并且可以产生炎症细胞因子,如白细胞介素(IL)-1、IL-10、IL-12和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等。CMs的特征是高表达编码抗菌蛋白的基因,这表明它们在针对微生物病原体的先天免疫防御机制中有着至关重要的作用。另外,此类单核细胞亚群与血管生成,伤口愈合和凝血关系密切,可以达到组织修复的目的。

1.2 中间型亚群(CD4++CD16+) 中间型亚群(IMs,CD4++CD16+)占所有单核细胞总数的2%~11%,IMs具有T细胞增殖和刺激、高级活性氧产生、血管生成、细胞分化等功能。另外,Dang TM等人认为 IMs可产生较多的炎症介质,一旦体内某些区域出现炎症损伤时,IMs可进行快速募集,参与炎症反应[4]。

1.3 非典型亚群(CD14+CD16++) 非典型亚群(NCMs,CD14+CD16++)占所有单核细胞总数的2%~8%[5],NCMs主要以巨噬细胞为主,为“巡逻细胞”,主要存在于血管壁中。NCMs中缺少CCR2,但表达高水平的CX3C趋化因子受体蛋白1(CX3C chemokine receptor 1,CX3CR1)。NCMs可以清除少量血管垃圾,并同时产生抗炎因子。另外,NCMs在T细胞增殖和刺激、促凋亡、抗增殖、转录负调控、抗病毒反应、促血管生成行为等方面均具有一定作用。见表1。

表1 人单核细胞亚群的分类

1.4 单核细胞亚群之间的联系 CMs、IMs与NCMs具有不同的形态与功能,但其本质来源相同,故三者之间存在着一定的联系。有研究发现,CMs单核细胞可以逐渐向IMs与NCMs单核细胞进行分化,另外,研究发现,在特定的感染状态下,IMs单核细胞会率先增加,随后NCMs单核细胞也会随之而增加,表明IMs向NCMs单核细胞分化。

2 单核细胞亚群与冠心病的联系

前期研究表明,单核细胞在心血管疾病的发生发展过程中起着重要作用,其中尤以动脉粥样硬化(Atherosclerosis,AS)以及急性心肌梗死(Acute myocardial infarction,AMI)最为常见。在动脉粥样硬化中,单核细胞表现出强烈的炎症反应,再向炎性血管的输送中,主要依赖于趋化因子CCL2和CCL5、外渗、内皮下积聚以及巨噬细胞的分化程度。最终,这些细胞会产生致病性的脂质泡沫细胞。脂质泡沫细胞是形成冠状动脉易损斑块的主要因素,在人体受到某些心血管危险因素影响时,脂质泡沫细胞的堆积会形成易损斑块破裂,最终导致AMI的发生。随着对单核细胞异质性认识的深入,人们逐渐认识到AS与AMI发生时体内单核细胞具有动态变化特征,同时不同的单核细胞亚型在病变过程中发挥不同的作用。

2.1 动物实验中单核细胞亚群与冠心病的联系 在前期的小鼠实验中,Carlin LM等人将小鼠的单核细胞分为LY6Chi与LY6Clow两种亚群,前者为促炎作用,病原体防御,吞噬作用,后者主要为巡逻作用,促进组织修复。研究发现,动脉粥样硬化的特征是在易发病变区域的内皮黏附分子[如E和P选择素和血管细胞黏附分子1(Vascular cell adhesion molecule-1,VCAM-1)]上调。P-和E-选择素以及细胞间黏附分子1(Intercellular cell adhesion molecule-1,ICAM-1)的缺乏被证明可显著减少小鼠的动脉粥样硬化病变大小。而选择素可以与P-选择素糖蛋白配体-1(PSGL-1)上显示的O-糖基化糖配体产生相互作用,并在所有单核细胞上表达。这种相互作用使单核细胞在内皮上表达量增高,并通过脉管系统中的血流施加高剪切应力。PSGL-1在炎性LY6Chi单核细胞中的表达水平显著高于在位LY6Clow单核细胞,这可能有助于其黏附于动脉粥样硬化病变。

然而,小鼠和人类单核细胞亚群之间的确切对应关系尚有争议。有证据表明[6],基于基因表达谱,LY6Clow单核细胞可能等同于非典型亚群(NCMs,CD14+CD16++)。同样,LY6Chi单核细胞似乎对应于人经典型亚群(CMs,CD14++CD16-)。

2.2 人体中不同单核细胞亚群对冠心病的作用 研究发现,不同单核细胞亚型所占比例的变化以及其相应功能的失调是心血管疾病发生、发展的一个重要病理因素。

2.2.1 经典型亚群(CMs,CD14++CD16-)与冠心病的联系: Ley K等[7]发现CMs是“炎症”M1巨噬细胞的前体。此外,研究表明,CMs分化成“抗炎”M2巨噬细胞,可以阻止在粥样硬化斑块的炎症过程。

Berg KE等通过测量颈动脉内膜中层厚度评估了动脉粥样硬化背景下的人类单核细胞亚群。作者发现在发生心血管事件的组别中,CMs水平较高,表明这些细胞可能预示了心血管事件的发生。经典单核细胞亚群可以独立于普通人群中的其他传统危险因素来预测未来的心血管风险[8]。该研究发现,CMs单核细胞可能引起炎症,削弱血管中纤维帽覆盖的斑块,从而增加临床心血管事件的风险,而表达CD16的单核细胞可能在确定斑块大小方面起更大作用,甚至可能具有保护性或修复性。另有研究表明,髓过氧化物酶(Myeloperoxidase,MPO)被证实有助于动脉粥样硬化的进展,而富含MPO的巨噬细胞可能会导致急性冠脉综合征的不稳定和斑块破裂。

Moritz Wildgruber等[9]发现, CMs与IMs具有较高的MPO表达,在动脉粥样硬化引起血管闭塞性疾病的后期阶段均能进一步增加MPO的表达。最终加快疾病的进程,促使疾病的进一步恶化。

2.2.2 中间型亚群(IMs,CD4++CD16+)与冠心病的联系: IMs与动脉粥样硬化形成的关系可能与其促进炎症因子的表达有关[10]。然而,IMs如何导致动脉粥样硬化的发生以及如何影响心血管疾病的预后的机制尚未形成统一定论。目前认为的可能原因主要为[11]:(1)IMs表面高表达C-C亚族趋化因子受体5 (Cysteine-cysteine chemokine receptor-5,CCR5),CCR5参与了IMs促炎症反应的过程。(2)IMs介导促炎性细胞因子如IL-6、TNF-α等的表达明显高于CMs以及NCMs,此类炎症因子在介导超敏C反应蛋白(hs-CRP)在动脉粥样硬化中的炎症反应中起重要作用。(3)与CMs以及NCMs相比,IMs吸附能力更强,吸引T淋巴细胞活化能力更优。

另外,前期研究证实发现TLR-4(Toll-like receptor 4,TLR-4)作为免疫介质参与了炎性反应、自身免疫、心血管疾病的发生发展[12]。Ozaki Yuichi等人[13]通过研究发现IMs单核细胞比CMs和NCMs单核细胞更频繁地表达TLR-4,IMs可能通过上调TLR-4的表达水平,导致SAP患者斑块易损性明显增高,从而提升冠心病的发病率。研究通过量化ST段抬高型心肌梗死后12d患者的单核细胞亚群,发现循环的非经典单核细胞与支架内再狭窄之间存在正相关,表明该亚型作为STEMI患者晚期支架内再狭窄的标志物具有临床意义。

2.2.3 非典型亚群(NCMs,CD14+CD16++)与冠心病的联系:在冠心病的发病过程中,动脉粥样硬化的严重程度及心梗面积的大小均与炎症的反应程度呈正相关,炎症反应会随着前两者的增加而逐渐加重,血管中的单核细胞亦会逐渐分化为较高水平的CMs以及低水平NCMs,CMs分泌出较多的促炎细胞因子,而NCMs分泌的抗炎细胞因子减少,最终加重心肌细胞的损伤,严重影响冠心病的预后。

研究发现[14],当ACS发生时,若采取相应介入手术治疗能够明显恢复心肌细胞的血氧供应,改善心肌细胞的损伤程度,损伤的心肌细胞通过自身应激反应减少炎症因子的释放;故循环中炎性细胞CMs比例下降,NCMs的比例随之增高。NCMs可以分泌出抗炎症因子IL-10和TGF-α,促进血管新生以及瘢痕组织的形成。有利于ACS发生后心肌细胞的进一步修复。Karol Urbanski等人[15]认为,内皮功能障碍和炎症是血管疾病的重要机制,通过研究发现,NCMs和CMs的患者均出现内皮功能受损。NCMs与血管超氧物生成增加有关。当考虑动脉粥样硬化的主要危险因素时,非经典单核细胞和经典单核细胞频率仍然是内皮功能障碍的独立预测因子。最终表明NCMs单核细胞与动脉粥样硬化患者内皮功能损害和血管超氧化物生成的严重程度相关。NCMs可以修复动脉粥样硬化性疾病的血管系统或清除血液中的脂质,减少血管中的脂质泡沫细胞,抑制动脉斑块的形成,最终减少动脉斑块的形成,防止AS疾病的发生。

综上所述,单核细胞亚群之间存在异质性,三种不同类型的亚群来源相同,在特定条件下可以相互转化,三者可能在冠心病的发生发展过程中参与了炎症反应,且在促炎与抗炎方面的作用各不相同。CMs经典单核细胞被认为是心肌梗死后心脏损害的原因。IMs分泌炎症因子IL-1、TNF-α等,IMs在动脉粥样硬化的形成、冠心病的发生发展中起着重要作用,IMs表达量愈高,预示着疾病的预后愈差;NCMs分泌出抗炎症因子IL-10和TGF-α,修复动脉粥样硬化性疾病的血管系统,清除脂质,减少动脉板块的形成。 然而,不同单核细胞亚群对冠心病作用的具体机制仍有待更深层次的挖掘,最终通过干预单核细胞亚群的功能,降低冠心病的发病率及针对不同特性对冠心病进行干预治疗有待于进一步研究。

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