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心肌梗死:所谓“修复型”CD206⁺巨噬细胞为什么长期留下,反而会推动不良重构
探索生命空间,助力基础研究

PREFACE 00

前言

心肌梗死后的巨噬细胞一直存在一个很容易被简化的分类:急性期以CCR2⁺、Ly6C高表达炎症性细胞为主,随后逐渐出现CD206、CD163等“修复型”巨噬细胞,负责清除细胞碎片、促进血管生成和瘢痕成熟。按照这一逻辑,炎症型巨噬细胞应该尽快消退,而CD206⁺巨噬细胞越多,似乎越有利于组织修复。

但近期针对心肌梗死后慢性缺血性心力衰竭的研究给出了明显不同的结果。心肌梗死早期,CD206⁺巨噬细胞确实参与创伤修复;可当梗死已经愈合、心脏进入慢性重构阶段以后,这类细胞并没有随着炎症消退而退出。相反,它们在心脏中持续扩增,至心肌梗死后8周已占心脏巨噬细胞的大多数,其中又出现一群IL-4Rα高表达、FIZZ1高表达的CD206⁺巨噬细胞。它们不再只是维持修复,而开始持续推动成纤维细胞和心脏间充质细胞向肌成纤维细胞转化,增加胶原沉积、心肌细胞肥大和左心室扩张。

更有意思的是,并不是所有CD206⁺巨噬细胞都具有相同作用。IL-4诱导的CD206⁺巨噬细胞具有明显促纤维化能力,而IL-10诱导、同样可以表现出CD206特征的巨噬细胞,并不能复制这种不良重构。这意味着真正的问题并不是“CD206⁺巨噬细胞是好还是坏”,而是同一个表面标志背后存在不同的细胞状态,而且这种状态会随着心肌梗死病程发生功能转换。

因此,研究重点需要从传统的“M1/M2比例”进一步推进到三个更具体的问题:心肌梗死后哪一类CD206⁺巨噬细胞真正长期存留;什么信号让它们从早期修复状态转变为慢性促纤维化状态;这些细胞又通过什么方式持续把信号传给成纤维细胞,最终把一次急性梗死变成长期进行性心室重构。

导读

一、为什么CD206⁺不能继续简单等同于“修复型巨噬细胞” 二、心肌梗死后CD206⁺巨噬细胞为什么会从早期减少转为长期扩增 三、真正值得关注的为什么是CD206⁺IL-4Rα⁺这一亚群 四、FIZZ1如何把巨噬细胞信号真正“交给”成纤维细胞 五、为什么同样是CD206⁺,IL-4型和IL-10型巨噬细胞结果完全不同 六、围绕“巨噬细胞—FIZZ1—肌成纤维细胞”怎样建立实验闭环 七、动物模型和时间点应该怎样区分早期修复与慢性重构 八、沿着这类慢性巨噬细胞状态继续做,还有哪些问题值得深入

一、为什么CD206⁺不能继续简单等同于“修复型巨噬细胞”

巨噬细胞M1/M2分类在早期研究中非常有用,但到了复杂组织疾病中,这种二分法越来越容易造成误解。CD206由Mrc1编码,CD163、Arg1、Retnla/Fizz1等也常被归入所谓M2或替代激活巨噬细胞标志,因此很多心肌梗死研究看到CD206上升以后,会直接解释为炎症正在向组织修复转变。

问题在于,CD206只反映巨噬细胞某一部分表型,并不能定义完整功能。同样CD206阳性的细胞,可以来自不同来源、接受不同细胞因子刺激,并形成完全不同的分泌谱和组织效应。近期心肌梗死研究最重要的发现之一,就是把这种差异真正做成了功能验证。

在正常小鼠心脏中,巨噬细胞数量并不高,而且大多数本身就可以表达CD206。心肌梗死后48小时,大量炎症性单核细胞和CD206阴性巨噬细胞进入心脏,使CD206⁺巨噬细胞在总体中的比例短暂下降;随后随着急性炎症消退,这类细胞重新增加。到了心肌梗死后8周的慢性心衰阶段,CD206⁺细胞已经约占全部心脏巨噬细胞的85%。

如果仍然按照“CD206⁺=修复”的思路解释,这似乎意味着8周后的心脏已经进入一个高度修复性的免疫环境。但实际结果恰好相反:CD206⁺巨噬细胞越多,左心室扩张、心功能下降和纤维化越明显。

这说明真正需要区分的不是CD206阳性和阴性,而是CD206⁺巨噬细胞内部还存在什么不同状态。

评价方式能回答的问题不能回答的问题
CD206单标是否存在CD206⁺巨噬细胞这些细胞究竟促修复还是促纤维化
CD206+CCR2是否偏驻留/局部来源或募集型仍不能直接定义功能
CD206+IL-4Rα是否形成IL-4/IL-13响应型亚群需要继续验证下游分泌功能
CD206+FIZZ1是否具有明显促纤维化分泌特征仍需成纤维细胞功能验证
细胞转移/特异干预是否真正驱动重构可以建立因果关系

因此,在慢性心肌梗死和缺血性心力衰竭研究中,“CD206⁺巨噬细胞增加”已经不能直接写成组织修复增强。至少需要继续拆IL-4Rα、FIZZ1以及细胞来源和功能。

SECTION 01

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心肌梗死后CD206⁺巨噬细胞为什么会从早期减少转为长期扩增

心肌梗死后的巨噬细胞动态并不是简单从炎症型转换成修复型,而是不同来源的巨噬细胞在不同时间窗口重新占据心脏。

梗死发生后的最初几天,大量心肌细胞死亡,坏死组织需要快速清除。此时外周Ly6C高表达单核细胞进入心脏,形成以CCR2⁺炎症性巨噬细胞为主的反应,CD206⁺细胞在整个巨噬细胞群中的比例明显下降。到了约第7天,随着坏死组织逐渐被清除,CD206⁺巨噬细胞增加,参与创伤愈合、血管生成和瘢痕成熟,这也是它们长期被定义为“修复型”的重要依据。

真正出现问题的是修复阶段结束以后。

近期研究发现,心肌梗死后数周内CD206⁺巨噬细胞并没有恢复到正常水平,而是持续增加。到8周时,这些细胞已经成为慢性心衰心脏中最主要的巨噬细胞群,而且表现出明显增殖特征。它们多数为CCR2阴性、MHCⅡ高表达,并具有LYVE1等驻留样特征,说明慢性阶段的扩增并不完全依赖持续从外周招募新的炎症性单核细胞,本地存留和局部增殖可能承担了非常重要的作用。

这使心肌梗死后的免疫问题从“哪些细胞被招进来”进一步变成了“哪些细胞没有按时退出”。

正常伤口修复存在明确的终止阶段。炎症细胞和肌成纤维细胞在完成任务以后需要消退,否则短暂修复程序就会转变为慢性瘢痕和组织重塑。心肌梗死后的CD206⁺巨噬细胞可能正存在类似问题:早期有利于瘢痕形成的细胞状态,在持续存在以后变成了病理性信号源。

因此,后续研究非常适合把“出现”和“持续”分开。真正导致不良重构的可能并不是第7天出现CD206⁺巨噬细胞,而是第28天、第56天这些细胞仍然大量存在,并且进入了新的IL-4Rα⁺FIZZ1⁺状态。

SECTION 02

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真正值得关注的为什么是CD206⁺IL-4Rα⁺这一亚群

慢性缺血性心衰中,并不是全部CD206⁺巨噬细胞都表现出完全相同的促纤维化特征。其中一个重要分界点是IL-4Rα。

IL-4Rα是IL-4和IL-13相关信号的重要受体亚基。IL-4/IL-13可以通过IL-4Rα激活STAT6等程序,诱导Mrc1、Retnla/Fizz1等经典替代激活相关基因。近期研究发现,慢性心衰心脏中接近一半的CD206⁺巨噬细胞表达IL-4Rα,而这些CD206⁺IL-4Rα⁺细胞又高度富集促纤维化分泌蛋白FIZZ1。

这使CD206⁺IL-4Rα⁺成为比单纯CD206更加具体的病理亚群。

更关键的是,研究并没有只做相关性观察。在心肌梗死后4周、也就是急性伤口修复已经基本完成以后,再启动髓系细胞特异性IL-4Rα删除,可以明显降低CD206⁺巨噬细胞继续增殖,并大量减少CD206⁺IL-4Rα⁺巨噬细胞。随后左心室持续扩张受到抑制,纤维化减少,心功能和新生血管均得到改善。

这类“延迟干预”设计非常重要。如果从心肌梗死发生前就删除IL-4Rα,很难区分观察到的结果究竟来自早期创伤愈合改变,还是慢性纤维化得到抑制。等到4周以后再干预,相当于主动避开了最需要修复性巨噬细胞的急性阶段,更直接地证明慢性CD206⁺IL-4Rα⁺巨噬细胞本身参与不良重构。

此外,使用IL-4Rα反义寡核苷酸在已经建立的缺血性心力衰竭中进行治疗,同样可以减少这一巨噬细胞群,并改善纤维化、左室重构和心功能。这进一步说明,慢性阶段的IL-4Rα并不只是一个标志物,而是维持病理巨噬细胞状态的功能节点。

因此,从实验设计角度看,未来研究“修复型巨噬细胞为什么变坏”,IL-4Rα比CD206更加接近真正的状态开关。

SECTION 03

03

FIZZ1如何把巨噬细胞信号真正“交给”成纤维细胞

找到促纤维化巨噬细胞以后,下一步必须回答它到底怎样推动心脏纤维化。近期研究把FIZZ1放到了这一细胞通讯过程的中心。

FIZZ1又称RELMα,由Retnla编码,是IL-4相关巨噬细胞状态中非常突出的一种分泌蛋白。IL-4诱导巨噬细胞以后,Fizz1表达可以出现非常明显的增加,而且这种变化与巨噬细胞促进心脏间充质细胞和心脏成纤维细胞向肌成纤维细胞转化同步发生。

单独给予重组FIZZ1,可以首先提高心脏间充质细胞和成纤维细胞中的增殖相关基因,随后进一步增加α-SMA、Col1a1、Col1a2和Col3a1等促纤维化程序。也就是说,FIZZ1不仅让基质细胞数量增加,还推动这些细胞进入真正具有ECM生成能力的肌成纤维状态。

反向实验则更加关键。使用FIZZ1中和抗体以后,IL-4型巨噬细胞条件培养液诱导的α-SMA、胶原相关基因以及胶原凝胶收缩明显下降;使用Fizz1缺失巨噬细胞也得到类似结果。这证明FIZZ1不是伴随巨噬细胞状态变化出现的一个普通标志物,而是真正参与了巨噬细胞到成纤维细胞的信号传递。

在心脏间充质细胞中,这一作用还进一步连接到了Notch1。FIZZ1处理后,DLL4和Jagged1快速升高,随后Notch1、NICD和α-SMA增加;降低Notch1以后,FIZZ1诱导的α-SMA明显受到抑制。

因此,可以形成一条相对完整的促纤维化链:

IL-4/IL-13相关环境→巨噬细胞IL-4Rα信号→CD206⁺IL-4Rα⁺状态扩增→FIZZ1释放→DLL4/Jagged1-Notch1等基质细胞程序增强→肌成纤维细胞形成→胶原沉积和长期重构。

信号层级主要细胞关键变化下游结果
上游状态巨噬细胞IL-4Rα相关程序增强CD206⁺FIZZ1⁺状态形成
分泌信号巨噬细胞FIZZ1释放增加基质细胞增殖和激活
中间程序心脏间充质细胞DLL4/Jagged1-Notch1增强α-SMA升高
执行细胞成纤维/间充质细胞肌成纤维化胶原合成增加
组织结果心肌ECM持续沉积左室僵硬和不良重构

需要注意的是,Notch1并不能简单代表FIZZ1在所有心脏成纤维细胞中的唯一通路。现有结果更明确支持其在心脏间充质细胞中的重要作用,其他基质细胞可能还存在不同的下游程序。

SECTION 04

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为什么同样是CD206⁺,IL-4型和IL-10型巨噬细胞结果完全不同

这项研究对传统“M2”概念最大的冲击,来自IL-4型和IL-10型巨噬细胞的直接比较。

IL-4和IL-10都可以诱导具有部分CD206特征的巨噬细胞状态,如果按照传统M1/M2框架,两者都很容易被归入广义的“修复型/M2样”巨噬细胞。但它们的功能完全不同。

IL-4诱导的CD206⁺巨噬细胞明显提高FIZZ1,并且能够促进心脏成纤维细胞和间充质细胞向肌成纤维细胞转化。将这类巨噬细胞直接注入正常小鼠心肌以后,即使没有心肌梗死,随后数周也会逐渐出现心脏纤维化、心肌细胞肥大、凋亡以及左室重构。

而IL-10诱导的CD206⁺巨噬细胞没有产生同样的结果。

这说明“CD206阳性”本身并没有足够的功能分辨率。真正决定病理方向的是细胞受到什么信号塑造,以及它最后形成了什么分泌程序。

对于基础科研实验,这一点非常值得借鉴。以后研究巨噬细胞时,如果只检测CD86和CD206,再把两者分别写成M1和M2,已经很难支撑深入机制。更合理的方式是根据疾病背景定义功能状态,例如:

炎症募集型巨噬细胞;胞葬/炎症消退型巨噬细胞;促血管生成型巨噬细胞;FIZZ1高表达促纤维化巨噬细胞;驻留稳态型巨噬细胞。

这些功能状态之间可能出现部分标志物重叠,因此真正区分它们的是分泌谱和功能实验,而不是一个表面分子。

SECTION 05

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围绕“巨噬细胞—FIZZ1—肌成纤维细胞”怎样建立实验闭环

1、先做完整时间梯度,而不是只取心肌梗死终点

这类课题最重要的设计,就是把急性修复和慢性重构拆开。可以在心肌梗死后第2~3天、第7天、第14天、第28天和第56天连续观察。

早期重点看CCR2⁺炎症性巨噬细胞和CD206⁺细胞比例变化,中期观察瘢痕形成和血管生成,慢性阶段则重点看CD206⁺IL-4Rα⁺FIZZ1⁺细胞是否持续扩增,以及这种变化是否与左室扩张和纤维化同步。

这样才能回答“同一种细胞标志为什么在第7天和第56天具有完全不同意义”。

2、把CD206⁺巨噬细胞继续分层

流式设计不宜只做到CD45⁺CD11b⁺F4/80⁺CD206⁺。可以继续增加IL-4Rα、CCR2、MHCⅡ、LYVE1和Ki67等指标,分别观察细胞来源、状态和增殖。

层级建议指标主要问题
巨噬细胞总群CD45、CD11b、F4/80/CD64心脏巨噬细胞总体变化
修复相关表型CD206基础分群
病理状态IL-4Rα、FIZZ1是否进入促纤维化状态
来源特征CCR2、LYVE1募集型还是驻留样
激活状态MHCⅡ状态差异
扩增方式Ki67是否发生局部增殖

如果只是看到CD206总量增加,而没有IL-4Rα和FIZZ1同步变化,就不能直接套用慢性促纤维化结论。

3、必须把巨噬细胞和成纤维细胞放到同一个功能体系中

可以分选心肌梗死不同阶段的巨噬细胞,分别与原代心脏成纤维细胞或心脏间充质细胞共培养。

如果第7天和第56天的CD206⁺巨噬细胞都表达CD206,却只有慢性阶段细胞明显诱导α-SMA、COL1A1和胶原收缩,就能够直接证明功能已经发生转换。

进一步检测FIZZ1,并进行中和,可以判断这种差异是否由FIZZ1承担。

4、阻断和回补要同时设计

单纯抑制IL-4Rα以后纤维化下降,只能说明这条通路参与疾病。更完整的实验可以在IL-4Rα受抑后补充FIZZ1,观察肌成纤维细胞和胶原是否部分恢复。

如果能够恢复,就支持FIZZ1处在IL-4Rα下游并承担重要执行作用。

相反,直接提高FIZZ1以后,再阻断Notch1,可以进一步判断FIZZ1的促纤维化作用有多少依赖DLL4/Jagged1-Notch1。

5、最后用延迟体内干预证明慢性阶段的独立作用

如果研究目标是解释“为什么长期留下会变坏”,最关键的体内实验不是从心肌梗死前开始干预,而是在伤口已经基本稳定以后再干预。

例如在心肌梗死后第4周开始抑制髓系IL-4Rα或FIZZ1,再继续观察到第8周。此时如果早期梗死面积和基础瘢痕已经相近,但后续左室扩张、胶原、心功能和新生血管出现差异,就更能证明慢性巨噬细胞状态是真正的治疗窗口。

实验模块核心问题推荐设计
时间变化CD206⁺细胞什么时候从修复转向病理多时间点流式和空间定位
亚群识别哪群CD206⁺细胞真正促纤维化IL-4Rα、FIZZ1、CCR2等分层
功能比较早期和慢性CD206⁺细胞是否相同分选后成纤维细胞共培养
通讯介质FIZZ1是否必要中和、缺失和回补
下游信号成纤维细胞怎样响应Notch1阻断和功能实验
体内因果慢性阶段是否可单独治疗延迟IL-4Rα/FIZZ1干预
组织结局是否真正改变重构超声、纤维化、血管和心肌细胞表型

SECTION 06

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动物模型和时间点应该怎样区分早期修复与慢性重构

近期核心研究采用的是非再灌注心肌梗死,也就是永久性冠状动脉结扎模型。这个模型形成稳定、持续的梗死瘢痕,并逐渐发展成缺血性心肌病,因此特别适合研究8周甚至更长时间的慢性左室重构。

如果研究重点是CD206⁺IL-4Rα⁺巨噬细胞的长期扩增,永久LAD结扎具有明显优势。梗死负担持续存在,左室扩张和慢性心衰表型比较稳定,能够观察从急性炎症、伤口愈合一直到慢性重构的全过程。

缺血再灌注模型则更加接近临床PCI后的心肌梗死,但梗死范围和免疫动力学有所不同。再灌注会带来额外的急性炎症和细胞死亡,同时保留更多存活心肌。因此,如果在永久MI中完成机制闭环以后,可以进一步用I/R验证CD206⁺IL-4Rα⁺状态是否同样持续存在,这比一开始就把两种模型混在一起更容易解释。

时间点选择尤其重要。

时间阶段主要病理更值得检测的内容
1~3天坏死清除、急性炎症CCR2⁺单核/巨噬细胞、Ly6C高表达细胞
5~7天炎症消退和伤口修复CD206⁺细胞、胞葬、血管生成、早期成纤维细胞
2周左右瘢痕成熟胶原、血管、巨噬细胞状态转换
4周慢性重构开始明显CD206⁺IL-4Rα⁺、FIZZ1、左室扩张
8周及以后缺血性心衰慢性巨噬细胞扩增、纤维化和心功能

如果文章重点是“所谓修复型巨噬细胞为什么长期留下反而有害”,第7天和第8周最好同时存在。只有把两个阶段放在同一套实验中比较,才能真正说明问题来自“时间和状态转换”,而不是简单证明一种细胞有害。

心功能也不建议只看EF。慢性重构还应同时观察LVEDV、LVESV、左室质量以及必要的应变指标。组织层面则同时评价梗死区、边缘区和远隔区纤维化,判断巨噬细胞作用到底只是改变成熟瘢痕,还是进一步推动远隔心肌间质性纤维化。

SECTION 07

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沿着这类慢性巨噬细胞状态继续做,还有哪些问题值得深入

1、慢性心脏里的IL-4和IL-13究竟从哪里来

IL-4Rα已经被证明是慢性CD206⁺巨噬细胞的重要功能节点,但是什么持续激活了这条受体轴,还没有完全解释清楚。

Th2细胞、嗜酸性粒细胞、肥大细胞以及其他局部细胞都可能提供IL-4或IL-13。后续可以在心肌梗死不同阶段分别分析这些细胞的来源和空间关系,判断哪一种信号真正维持慢性IL-4Rα⁺巨噬细胞。

如果能够找到上游来源,就可以把机制从“巨噬细胞为什么变坏”继续推进到“慢性心脏微环境为什么长期允许这种细胞存在”。

2、早期修复性CD206⁺和晚期病理性CD206⁺到底是不是同一批细胞

这是非常值得做谱系追踪的问题。

一种可能是第7天参与伤口修复的CD206⁺巨噬细胞一直存活到8周,并逐渐获得IL-4Rα⁺FIZZ1⁺促纤维化状态;另一种可能是早期细胞逐渐退出,慢性阶段又由另一批局部巨噬细胞扩增形成新的CD206⁺群体。

两种情况对应完全不同的病理逻辑。如果是同一细胞连续转换,研究重点应该放在“修复型怎样被重新编程”;如果是新亚群替代,则需要寻找其具体来源。

3、为什么慢性CD206⁺IL-4Rα⁺巨噬细胞会抑制新生血管

IL-4Rα删除或沉默以后,不仅纤维化减轻,新生血管也得到改善。这提示慢性巨噬细胞的病理作用可能并不只有FIZZ1—成纤维细胞一条轴。

后续可以进一步研究这些细胞是否改变内皮细胞增殖、迁移和血管成熟,或者通过过度ECM沉积间接形成不利的血管微环境。这样可以解释为什么减少一个促纤维化巨噬细胞亚群,会同时改善胶原和血管两个看似不同的结局。

4、FIZZ1是否只作用于成纤维细胞

目前FIZZ1对心脏间充质细胞和成纤维细胞的促纤维化作用已经比较明确,但慢性心脏中还有内皮细胞、周细胞和心肌细胞。FIZZ1是否同时影响这些细胞仍值得研究。

如果FIZZ1还能改变血管形成、心肌细胞肥大或细胞死亡,那么CD206⁺IL-4Rα⁺巨噬细胞对慢性重构的作用可能比目前的“促纤维化细胞”定义更广。

5、IL-4Rα干预为什么能够改善已经建立的心衰,而不只是阻止恶化

这项研究中很值得关注的一点,是在已经建立慢性心衰以后进行IL-4Rα沉默,仍然能够改善左室结构和功能。也就是说,慢性心肌重构并不是一个完全固定、无法改变的瘢痕状态,而是需要某些持续存在的细胞信号不断维持。

这提示可以进一步研究IL-4Rα干预后哪些ECM成分发生降解、肌成纤维细胞是否真正退活化,以及原有胶原网络能否重新重塑。把这一层做出来,可以进一步解释“停止新的纤维化”和“真正逆转既有重构”之间的区别。

6、人心衰中的CD163⁺IL-4Rα⁺FIZZ3⁺细胞是否具有同样功能

人衰竭心脏中同样可以观察到CD206⁺和CD163⁺替代激活样巨噬细胞明显增加,并与心脏纤维化相关。其中大量CD163⁺细胞同时表达IL-4Rα和FIZZ3,提示小鼠中的促纤维化程序具有一定的人体对应基础。

但人心衰病因更加复杂,包括缺血性、扩张型、高血压性和其他心肌病。后续可以比较不同病因、不同纤维化程度和不同心功能阶段,判断这类巨噬细胞究竟是缺血性心肌病特异现象,还是慢性心衰共有的纤维化生态位。

如果最终发现只有持续缺血和瘢痕背景下这类细胞特别明显,就说明其作用具有疾病环境依赖性;如果多种终末期心衰中都存在,则IL-4Rα—FIZZ轴可能代表更广泛的慢性心脏重塑机制。

心肌梗死后的CD206⁺巨噬细胞真正值得研究的地方,已经不再是把它重新归类成“好”或者“坏”。早期需要它们完成伤口愈合,长期持续存在的IL-4Rα⁺FIZZ1⁺状态却又可以不断刺激肌成纤维细胞,使一次必要的修复反应逐渐转变为慢性纤维化。把细胞标志、疾病阶段和真正的功能状态同时放进实验设计,才能解释为什么同一种巨噬细胞表型在心肌梗死后不同时间点会产生完全相反的意义。

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