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深圳大学团队发现参与心肌梗死后组织修复的重要分子

深圳大学医学部刘杰教授领导的研究团队最近发现,缺氧诱导有丝分裂因子(HIMF)可促进巨噬细胞向M1表型转化而加重心肌梗死损伤,表明HIMF可能是治疗心肌梗死的一个新靶点。这项成果于近日发表在《Basic Research in Cardiology》杂志上。

深圳大学团队发现参与心肌梗死后组织修复的重要分子

 

在心肌梗死(MI)发生后,炎症反应会促进受损组织的清除,在左心室的重塑中发挥积极作用。然而,炎症反应过度会导致心肌梗死面积增大并影响伤口修复,造成长期心力衰竭。心肌梗死的主要浸润免疫细胞是巨噬细胞,它们通过分化为不同的促炎性(Ly6Chigh, M1样)或促愈(Ly6Clow, M2样)亚群来协调炎症反应。因此,调节巨噬细胞的极化功能是一种有潜力的治疗策略,有助于在心肌梗死后进行组织修复。不过,目前尚不清楚调节M1/M2表型转化的机制。

 

缺氧诱导有丝分裂因子(HIMF)属于富含半胱氨酸的抵抗素样分子(RELM)家族,在哺乳动物中高度保守。HIMF可在免疫细胞中经刺激产生,特别是在巨噬细胞中,可被Th2细胞因子高度诱导。不过,它在巨噬细胞中的功能还不清楚。研究人员在此想了解HIMF是否参与巨噬细胞转化,以及在心肌梗死后的组织修复中发挥何种作用。

 

HIMF在心肌梗死后上调

研究人员通过冠状动脉结扎诱导Himf−/−和WT小鼠心肌梗死。他们发现在心肌梗死3天后,WT小鼠左心室梗死区中的HIMF蛋白水平显著升高,7天后边缘区中的HIMF蛋白水平显著升高,表明HIMF在心肌梗死后上调。同时,Himf−/−小鼠在心肌梗死后的心脏射血分数和缩短分数显著高于野生型小鼠,这表明Himf缺失改善了心肌梗死心脏的收缩功能。

 

HIMF促进巨噬细胞M1型极化

通过免疫染色分析,研究人员发现,HIMF主要是由巨噬细胞产生的。与WT小鼠相比,Himf−/−小鼠左心室边缘区和梗死区中M1型炎性细胞因子(包括IL-6、TNFα、IL-1β和NOS2酶)的mRNA水平升高程度较低。同时,M2型修复基因则显示出不同的表达模式。例如,Himf−/−小鼠左心室梗死区中Arg1酶的表达则明显高于WT小鼠(图1)。这些数据表明,HIMF敲除可降低巨噬细胞M1型炎症反应,并促进M2型修复活性。

图1. Himf缺失抑制了心肌梗死心脏中的M1型炎症反应

图1. Himf缺失抑制了心肌梗死心脏中的M1型炎症反应

 

为了确认Himf−/−小鼠心肌梗死后心脏的愈合改善是由巨噬细胞中Himf的敲除造成的,他们委托赛业生物构建了巨噬细胞特异性Himf敲除小鼠(Himf-CKO)。实验结果与Himf全身性敲除小鼠(Himf−/−)观察到的表型一致,表明巨噬细胞中的HIMF是心脏重塑的关键调节因子。

 

促炎性的NOS2和组织修复相关的Arg1分别被认为是M1型和M2型巨噬细胞的功能标志物。免疫荧光染色结果显示,与WT小鼠相比,Himf−/−小鼠左心室梗死区中表达NOS2的M1型巨噬细胞减少,而表达Arg1的M2型巨噬细胞增加。通过FACS的量化,研究人员发现Himf−/−梗死心脏中的M1型巨噬细胞/单核细胞不到20%,显著低于WT(~35%)(图2)。因此,他们认为,Himf缺失抑制巨噬细胞极化成M1型细胞,并促进向M2型的转化。

图2. HIMF影响M1/M2型巨噬细胞极化

图2. HIMF影响M1/M2型巨噬细胞极化

 

为了研究HIMF对巨噬细胞转化的直接影响,研究人员还操控了巨噬细胞RAW264.7和骨髓来源的巨噬细胞(BMDM)中的Himf表达。他们发现,HIMF过表达显著激活了这些细胞中M1标志物基因的表达,并导致Arg1的减少。通过这些实验,他们认为HIMF直接促进巨噬细胞转化为M1表型。

 

HIMF诱导M1型极化的机制

由于HIMF不是由心肌成纤维细胞表达的,故研究人员探索了过表达HIMF的巨噬细胞与心肌成纤维细胞之间的相互作用。他们利用来源于过表达HIMF的巨噬细胞的条件培养基来培养心肌成纤维细胞,发现细胞活力受损,细胞凋亡和死亡增加。伤口愈合实验还表明,这种条件培养基可抑制心肌成纤维细胞迁移。这些数据表明,巨噬细胞中的HIMF表达损害了心肌成纤维细胞的功能,从而影响了心肌的伤口愈合。

 

之前的研究表明,C/EBP-同源蛋白(CHOP)在确定巨噬细胞极性上起着重要的作用。在此,研究人员发现WT小鼠心肌梗死心脏中的CHOP表达水平上调,但对于Himf−/−小鼠,这种上调则受到抑制。在BMDM和RAW264.7巨噬细胞中,HIMF过表达直接增加了CHOP表达。CHOP表达的降低则部分抑制了HIMF诱导的M1炎性细胞因子产生和Arg1表达的降低(图3)。因此,CHOP似乎介导了HIMF诱导的巨噬细胞M1型转化并参与M2型转化的抑制。

图3. HIMF对M1型极化的促进在部分程度上受CHOP介导

图3. HIMF对M1型极化的促进在部分程度上受CHOP介导

 

之后,他们进一步发现,STAT1的激活与梗死心脏中CHOP表达的变化有关,在心肌梗死后3天和7天,WT小鼠心脏中STAT1的磷酸化水平增加,而Himf缺失则会抑制这种作用。在BMDM和RAW264.7细胞中,HIMF的过表达使得CHOP表达和STAT1磷酸化持续增加,表明STAT1是CHOP介导的HIMF诱导的M1型极化的下游信号。此外,他们还发现STAT3的激活模式与STAT1非常相似。因此,HIMF至少部分通过CHOP–STAT1/STAT3信号通路来促进M1型极化。

 

小结

鉴于人类的抵抗素(resistin)与啮齿动物的HIMF在功能上相似,研究人员推测这个关于HIMF的结论也许可扩展到抵抗素,因此抵抗素有望成为治疗心肌梗死的新靶点。他们认为巨噬细胞-抵抗素在心肌梗死背景下的临床意义值得进一步探索。

 

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原文检索:

Li, Y., Dong, M., Wang, Q. et al. HIMF deletion ameliorates acute myocardial ischemic injury by promoting macrophage transformation to reparative subtype. Basic Res Cardiol 116, 30 (2021).

DOI: https://doi.org/10.1007/s00395-021-00867-7

 

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