作者简介: 王申(1992-),男,山东济宁人,硕士研究生,从事心血管介入治疗研究。
急性心肌梗死是由于冠状动脉粥样硬化不稳定斑块破裂或糜烂导致冠脉内血栓形成、管腔堵塞的一组临床表现。其以发病急、病情危重、死亡率高,成为严重威胁人类健康的最主要疾病之一。Th17/Treg细胞比例失衡参与的炎症机制已经成为急性心肌梗死炎症研究领域中的新热点。本文综述Th17/Treg细胞比例失衡与急性心肌梗死炎症发生机制的关系,为急性心肌梗死的早期诊断、预后及免疫治疗提供新的思路。
Acute myocardial infarction (AMI) is a clinical syndrome which caused by the instability of coronary artery plaque rupture, intraplaque hemorrhage and secondary thrombosis. AMI has the characteristic of acute onset, severe illness, and high mortality rate, which has become a serious threat to people’s health. In inflammatory conditions, Tregs can be converted into Th17 cells, the number of Th17 cells increased, the number of Tregs significantly reduced or the inhibitory function is reduced, resulting in the imbalance of Th17/Treg rate, which leads to the occurrence and development of inflammatory diseases. Th17/Treg rate has become a new hotspot in the research field of inflammation in AMI. At present, the field of cardiovascular diseases is closely related with immune inflammatory reaction. This paper reviews the relationship between inflammatory pathogenesis of AMI and imbalance of Th17/Treg rate, to provide new ideas for early diagnosis, prognosis and immune therapy of AMI.
Th17/Treg细胞的平衡紊乱已经成为炎症性疾病研究领域中的新热点, 目前已被证实与肿瘤、感染、自身免疫病、移植免疫等多种疾病的发生、发展及转归均相关。其在急性心肌梗死(acute myocardial infarction, AMI)炎症反应中也被证实发挥着重要的作用, “ 促炎性的细胞” Th17细胞与“ 抑炎性的细胞” Treg细胞之间的平衡有利于维持机体稳定的免疫状态。在炎性条件下, Treg可以转换成 Th17 细胞, Th17细胞数量增多, Treg数量显著减少或其抑制功能降低致使Th17/Treg比例的失衡, 导致血管内皮损伤、斑块的形成及不稳定, 从而参与了AMI的形成。现就Th17/Treg细胞比例失衡在AMI中的发生机制作一综述, 以期为急性冠脉综合征(acute coronary syndrome, ACS)的早期诊断、预后及免疫治疗提供新的思路。
Th17细胞与Th1和Th2细胞不同, 其主要表达白介素17(IL-17), 较少表达TNF-α 和IL-6等, 在自身免疫与过敏反应中发挥着至关重要的作用。Gao等[1, 2]在敲除载脂蛋白E基因(ApoE-/-)小鼠的对照研究中发现, 敲除基因组的Th17细胞水平比对照组高, IL-17在动脉粥样硬化斑块(atherosclerosis, AS)处的表达水平增高, 说明了Th17细胞在小鼠AS形成中的重要作用。其他动物实验结果也阐释[3, 4], 低水平IL-17很少出现血管损伤, 而IL-17水平增高可促进血管早期损伤形成; 给ApoE-/-小鼠体内注射IL-17封闭抗体可阻断IL-17诱导的动脉粥样硬化损伤并降低斑块脆性、细胞浸润和组织炎性活化。Zhu等[5]的研究发现, AMI组患者比非AMI组患者血中Th17/IL-17明显高, 并阐明IL-17通过促进内皮细胞产生血管性血友病因子(vWF)、激活蛋白酶3、蛋白酶9及上调基因BaX(Bcl-2-associated X protein gene)/Bcl-2(B cell leukemia/lymphoma-2)的比例来诱导内皮细胞的凋亡, 提示IL-17在血管内皮的损伤、斑块的形成及不稳定中起到一定作用, 从而参与了AMI的形成。
Zhang等[6]在对AMI组和对照组的研究中指出, AMI组的IL-17水平明显高于对照组, 且血小板的聚集与IL-17呈正相关。在体外试验中, 作用于血小板的IL-17使得CD62P(P-选择素)/PAC-1(血小板膜糖蛋白Ⅱ b/Ⅲ a)及血小板信号转导途径激活明显增加。表明IL-17可通过激活血小板活化特异性标志物、血小板信号转导途径来促进血小板的聚集, 从而导致AMI的发生。进一步临床研究显示[7-10], 血浆或斑块中Th17和(或)IL-17高表达在斑块不稳定甚至斑块破裂中均起到重要的作用, AMI患者Th17细胞、转录因子RORγ t表达水平和相关细胞因子水平明显增高, 提示Th17细胞可能为AMI发病的感受器, 与AMI发病相关。
动物实验研究发现[11, 12, 13], 在诱导AS的小鼠模型中, 调节性T细胞(Treg)随着AS的加重逐渐减少, 提示Treg细胞可能存在抑制AS进展的作用。在AS的小鼠模型中, 过继转输Treg可以抑制AS组斑块局部和循环炎症反应, 减小AS的面积。临床研究证实[14, 15, 16], Treg数量减少与ACS斑块破裂、发生风险呈正相关。凌佳等[17]通过对心肌梗死12小时、48小时、72小时 后CD127(Treg表面标志物)的定量分析, 发现CD127在AMI后12小时内减少最为明显, 且CD127水平随AMI后时间的延长而增加, 表明AMI时Treg参与的免疫调节受到明显抑制或破坏, 在AMI急性期这种抑制越明显。丁艳萍等[18]研究发现AMI组外周血Treg及IL-10水平明显低于健康组, Treg水平下降导致IL-10分泌减少, 并促进Th1细胞的活化, AS由“ 静止” 型变为“ 易损” 型, 最终导致AMI。李昌义等[19]的研究发现, 与正常对照组相比AMI组Treg表达百分比降低, 且入院时Treg表达百分比较低的AMI患者, 出院后1个月更易发生心绞痛, 指出Treg在AMI后对维持AS的稳定性、降低炎症免疫反应可能发挥重要作用。
体外细胞实验研究发现[20, 21, 22, 23], 人类Th17细胞体外培养需要的细胞因子主要是IL-1β 、IL-6, 其存活和增殖还需IL-23, 而不是小鼠中的TGF-β ; 相反, TGF-β 不仅不促进, 反而会抑制人Th17细胞的分化; 但在炎症感染时TGF-β 可扩增Treg细胞的数量, 从而维持Treg细胞和Th17细胞的效应处于一种平衡状态。
Th17/Treg的功能受包括细胞频率、相关细胞因子分泌和关键转录因子水平的影响。临床研究数据表明, ACS患者外周血中Th17细胞、Th17相关细胞因子(IL-17、IL -6和IL-23等)和转录因子(RORγ t)水平明显增加; 而Treg数量、Treg相关细胞因子(IL-10和TGF-β 1等)和转录因子(Foxp3, 叉头蛋白3)水平却显著降低。Mor等[24, 25]的研究表明, ACS患者与稳定型心绞痛患者相比, Treg细胞频率和Foxp3表达水平明显降低。一项临床试验测量了ACS组患者血浆IL-10和TGF-β 1的水平, 发现这两种细胞因子都呈下降趋势[26]。TGF-β 1和Treg之间的正相关关系表明TGF-β 1可能在AMI的爆发中发挥保护作用, 其部分机制是作为Treg细胞的效应器来诱导Treg细胞的生成。Hashmi等[27]报道, IL-17以及IL-17诱导产生的细胞因子(IL-6和IL-8)在AMI患者中显著增加, 与稳定型心绞痛患者和无冠脉病变者比较, AMI患者外周血中Th17数量、Th17相关细胞因子(IL-17, IL-6和IL-23)和RORγ t 水平呈现出显著增加, 表明Th17可能参与斑块不稳定的炎症过程和AMI的发生。
Li等[28]的研究发现, AMI患者Th17数量显著增加, 但Treg/Th17比例、Treg的数量和Treg的功能显著降低, Treg/Th17比例和Treg频率与血清Ox-LDL(氧化低密度脂蛋白)、hsCRP(超敏C反应蛋白)、Lpa(脂蛋白a)和CK-MBmass(肌酸激酶同工酶)水平呈负相关, 然而Th17细胞频率与这些生物标志物的水平很大程度上呈正相关。受试者工作特征曲线表明, Treg/Th17比例在ACS和AMI的预测的特异性和敏感性比Ox-LDL、hsCRP、Lpa和CK-MBmass更高。Treg/Th17比例通常情况下在1.5~2.5之间, 小于1.7可以作为ACS的一个指示器, 敏感性可达85.4%, 特异性可达89.2%, 而Treg/Th17比例小于1.2可以作为AMI发生的一个有效指标, 敏感性可达85.1%, 特异性可达84.6%。国人小样本临床研究发现[29], 与对照组比较, AMI组外周血Th17数量明显增加, 而Treg数量减少及Foxp3表达明显下调, 提示Th17/Treg细胞亚群失衡可能促进稳定型心绞痛进展, 导致斑块不稳定, 参与介导AMI炎症反应的发生。
Li等[30]对120例冠脉病变患者(AMI 38例, 不稳定型心绞痛40例, 稳定型心绞痛42例)和45例冠脉造影正常(normal coronary arteries, NCA)者的标准血样结果分析得出, ACS患者Treg细胞凋亡、Fas和FasL表达、Caspase-3(半胱天冬酶)的激活明显高于NCA和稳定型心绞痛患者(P< 0.05), 且AMI组更高于不稳定型心绞痛组。Treg细胞凋亡的比例与炎症标志物和sFasL(souble Fas ligand, 可溶性Fas配体)水平呈正相关。而Th17细胞却并没有上述明显的变化, 用抗FasL抗体作用于体外培养ACS患者的外周血单核细胞可明显减少Treg细胞凋亡。表明细胞凋亡和Fas/Fas配体途径导致了Treg细胞(而不是Th17)的减少, 从而导致了Th17/Treg比例失衡、斑块的不稳定和ACS的发生。这些结果表明Th17/Treg比例的失衡与导致心肌损伤和斑块不稳定的炎症介质和风险因素的增加密切相关, 然而Th17/Treg失衡在ACS患者炎症中的具体机制仍不清楚。
近年来, 由于急诊经皮冠状动脉介入治疗(percutaneous coronary intervention, PCI)技术的发展及成熟, 使AMI的治疗由既往被动的保守治疗发展到主动的再灌注治疗, 达到及时挽救缺血心肌、缩小梗死范围、减少并发症的目的。然而血流再通触发了一系列的事件称为心肌缺血再灌注损伤(myocardial ischaemia reperfusion injury, MIRI), 因而最终导致了额外心肌细胞的死亡并加大了心肌梗死的面积。大量的数据表明炎症反应的各个因素在MIRI中发挥着重要作用。有研究已证实Th1细胞分泌的IFN-γ 、γ δ T和Th17细胞分泌的IL-17可促进MIRI的进展[31, 32]。在大鼠缺血再灌注损伤模型中[34], 发现Treg在CD4+T细胞中的百分比在心肌缺血再灌注后的最初5分钟开始增加, 但在随后的时间段, 甚至24小时仍无明显差异, 然而, 心肌缺血组织Treg亚群的数量在心肌缺血再灌注后的5分钟后开始增加, 6小时达到高峰, 并维持到24小时, 这表明Treg细胞在心肌再灌注后快速动员并积累于心肌组织中, 同时也表明了Treg细胞在MIRI中可能发挥一定保护作用。先前的报道表明, Treg细胞的多克隆和抗原特异性刺激机制增加了抑制性炎症介质的表达, 从而增强了抑制炎症反应活动的能力, 此外, 活化的Treg细胞可提高趋化因子CCR5受体的表达以及自身更高的迁移效率, 共同说明Treg细胞在缺血再灌注后对心肌的保护作用及治疗潜力。
Treg细胞在缺血再灌注后对心肌的保护作用可能有以下三种机制:(1)以腺苷作为重要的介导者, 通过依赖的CD-39因子而非IL-10和TGF-β 1在MIRI中发挥抑制性作用; (2)Treg细胞可通过抗凋亡激酶Akt和细胞外信号调节激酶ERK1/2激活一种促活途径减弱心肌细胞的凋亡, Akt和ERK1/2的磷酸化作用在再灌注后显著增加, 激活的峰值发生在再灌注后的30分钟并在再灌注后的3小时下降。Akt和ERK作为激活Treg细胞的促活信号直接参与缺血再灌注心肌组织的保护作用; (3)Treg细胞通过下调心脏产生的趋化因子KC和LIX来抑制中性粒细胞浸润。这些机制的发现证明了Treg细胞亚群在MIRI中起保护性作用[33]。
Xia等[33]研究了15例接受PCI的ST段抬高型心肌梗死患者梗死冠状动脉在接受球囊扩张前、支架植入后的1小时、6小时、12小时、24小时、72小时的血样标本, 并与15例冠脉造影血管正常的同龄人血样结果比较, 发现ST段抬高型心肌梗死组患者的Treg细胞较基线水平降低始于球囊预扩张前, 在再灌注后的1小时出现明显的降低, 在再灌注后的6小时左右达到最低值, 并在PCI后持续至少约72小时, 表明在ST段抬高型心肌梗死组再灌注期间梗死血管Treg细胞的数量严重减少, Treg过继转移对于缺血再灌注损伤将是一个有效且创新的细胞治疗方式, 但这仍需要大量的临床前研究来证实。
Th17/Treg细胞比例及功能的失衡在AMI的反应机制中得到越来越多动物实验及临床试验的证实, 其在斑块不稳定及AMI爆发中存在的潜在作用也越来越被认同和重视。但仍需要更多动物实验、临床试验来探索Th17/Treg比例失衡在AMI、MIRI发生中的精确效应和机制, 从而为AMI的早期诊断、预后及免疫治疗提供新思路。
The authors have declared that no competing interests exist.
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