心肌成纖維細(xì)胞的起源

蘆波，桂明泰，符德玉

心肌成纖維細(xì)胞（cardiac fibroblast，CF）約占正常心肌組織細(xì)胞總數(shù)的60%～70%，對于心臟穩(wěn)態(tài)的維持有重要作用。CF可分泌各種生長因子，通過細(xì)胞間的相互作用，直接影響心臟的結(jié)構(gòu)、機(jī)械力、生化和電生理特性，尤其是對維持細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）的作用有重要意義。ECM能夠支撐心臟各型細(xì)胞，并能將機(jī)械力分散到整個心臟組織[1,2]。ECM增加將直接導(dǎo)致纖維組織增生，增加心臟機(jī)械僵硬度，并引起舒張功能紊亂[3]，擾亂細(xì)胞的電偶聯(lián)，導(dǎo)致心臟收縮功能紊亂[4]。本文著重綜述CF的起源、鑒別等內(nèi)容，為研究心肌纖維化提供方便。

1 心肌成纖維細(xì)胞的標(biāo)記物

成纖維細(xì)胞及CF通常包含1到2個核仁[5]，由于對其分子特性還沒有充分的理解，以及缺少特異性相對專一的CF標(biāo)記物，因此研究CF一直充滿挑戰(zhàn)。如成纖維細(xì)胞特異性蛋白1（FSP1）是眾多標(biāo)記物之一，最初是用來鑒別腎成纖維細(xì)胞和腎上皮細(xì)胞，有證據(jù)表明它在心臟也具有特異性，但遺憾的是，F(xiàn)SP1抗體卻只能檢測到少部分的CF，而且FSP1+的CF在正常心臟中也少之又少。其次，健康的新生心臟中，CF并不表達(dá)α-平滑肌肌動蛋白（α-SMA）[6]。但在心肌纖維化時，CF會變?yōu)棣?SMA+的肌成纖維細(xì)胞，因此這也被認(rèn)為是成纖維細(xì)胞活化的標(biāo)志。由于α-SMA也在血管平滑肌細(xì)胞以及外周細(xì)胞表達(dá)，這些細(xì)胞在分辨率不高的免疫熒光技術(shù)下可被誤認(rèn)為成纖維細(xì)胞，因此α-SMA也不是CF特異性標(biāo)志物。此外，膠原受體（DDR2）和Periostin（骨膜蛋白）也有類似的限制性。越來越多的證據(jù)表明CF有多種來源[7,8]，這使得CF的鑒定難上加難。

2 心臟疾病中的CF來源

傳統(tǒng)上，成纖維細(xì)胞根據(jù)其多形性簡單分為失活或者激活狀態(tài)（激活的成纖維細(xì)胞會變的更大，同時擁有一個主要的高爾基體），激活體可產(chǎn)生更多膠原，因此被認(rèn)為是纖維化疾病的主要參與者。通常在損傷修復(fù)過程中，分泌膠原的成纖維細(xì)胞會逐漸凋亡，只剩下包含網(wǎng)狀膠原和其他基質(zhì)成分的成熟疤痕[9]，在心臟病發(fā)作時，CF卻逃脫了這一調(diào)節(jié)機(jī)制控制，反應(yīng)性膠原沉積急劇增加，使纖維化變成了一種持續(xù)過程，最終發(fā)展為心力衰竭，探討CF的多種起源可窺探心肌纖維化的實質(zhì)，也日漸成為研究熱點。

2.1 原位的CF及其祖細(xì)胞 傳統(tǒng)觀點認(rèn)為纖維化心臟中活化的成纖維細(xì)胞起源于原位的成纖維細(xì)胞，這是基于原位CF對多種循環(huán)分子敏感[如轉(zhuǎn)化生長因子-β（TGF-β）等]，因而TGF-β等刺激CF的增殖性反應(yīng)也較強(qiáng)[10]。理論上，這種反應(yīng)只發(fā)生在心臟損傷區(qū)域，可引起原位成纖維細(xì)胞變成基質(zhì)分泌細(xì)胞，出現(xiàn)替代性的纖維化。然而，心臟肥厚時對增殖細(xì)胞數(shù)目進(jìn)行追蹤的研究顯示，只有血管周圍才有成纖維細(xì)胞樣的細(xì)胞。該研究表明增殖的前纖維化細(xì)胞可能并不是起源于心臟的原位成纖維細(xì)胞，而是在反應(yīng)性間質(zhì)重構(gòu)時從其他細(xì)胞類別中募集而來。

2.2 內(nèi)皮細(xì)胞間質(zhì)轉(zhuǎn)型 在心臟纖維化的實驗?zāi)Ｐ椭校蠹s30%活化的成纖維細(xì)胞來自于細(xì)胞轉(zhuǎn)型后的內(nèi)皮細(xì)胞，這一過程稱為內(nèi)皮細(xì)胞間質(zhì)轉(zhuǎn)型（EndMT），但在正常心臟中并無此現(xiàn)象[11]，說明在病理和生理狀況下CF有著不同的起源。內(nèi)皮細(xì)胞在促纖維化因素的影響下（如TGF-β和低氧），應(yīng)激性地出現(xiàn)成纖維細(xì)胞樣的表型，同時失去內(nèi)皮細(xì)胞的特點[12,13]，這些細(xì)胞離開微血管床遷徙到間質(zhì)中成為成纖維細(xì)胞。因此，EndMT通過成纖維細(xì)胞聚集和微血管稀疏兩種途徑促進(jìn)纖維化發(fā)生和發(fā)展。最新研究發(fā)現(xiàn)心外膜的上皮細(xì)胞可能通過類似上皮細(xì)胞間質(zhì)轉(zhuǎn)型（EMT）亦參與了成纖維細(xì)胞的募集[14,15]。

在心臟發(fā)育過程中，EndMT和EMT分別參與房室結(jié)的形成及瓣環(huán)間質(zhì)纖維化[16]。因此，這兩種途徑認(rèn)為是早期殘存的胚胎信號通路在成人心臟病中被再次激活。機(jī)體應(yīng)激損傷狀態(tài)下，有效動員損傷部位附近細(xì)胞而不是募集遠(yuǎn)處細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)槌衫w維細(xì)胞，沉積到內(nèi)膜下及血管周圍。

2.3 血管周圍細(xì)胞 另一種成纖維細(xì)胞的來源可能就存在于心臟血管的周圍區(qū)域。研究發(fā)現(xiàn)在皮膚疤痕模型中，外膜細(xì)胞可以分化為可產(chǎn)生膠原的細(xì)胞。又有研究發(fā)現(xiàn)，視網(wǎng)膜周細(xì)胞存在多種表型特點，并且在體外研究中與成纖維細(xì)胞有功能重疊[17]。此外，最新的家系追蹤研究發(fā)現(xiàn)，受損腎臟中CD73+的外膜細(xì)胞是成纖維細(xì)胞的前體[18]。

然而，由于缺乏外膜細(xì)胞和成纖維細(xì)胞特異性標(biāo)記物，以及缺乏特異性的細(xì)胞系追蹤技術(shù)，目前關(guān)于外膜細(xì)胞是否參與心臟纖維化仍是一個爭論的焦點。

2.4 循環(huán)骨髓起源的前體細(xì)胞、單核細(xì)胞和纖維細(xì)胞 骨髓起源的前體細(xì)胞亦被認(rèn)為是纖維化心臟中CF的一個來源。這一觀點是基于對心肌梗死前或主動脈結(jié)扎前，小鼠的心臟中移植表達(dá)綠色熒光蛋白（GFP）的骨髓細(xì)胞進(jìn)行的研究，該研究發(fā)現(xiàn)在纖維化組織中出現(xiàn)了GFP陽性的細(xì)胞[19,20]。雖然報道稱在心臟損傷部位，骨髓起源的成纖維細(xì)胞占全部成纖維細(xì)胞的25%～60%，但這對持續(xù)的纖維化過程貢獻(xiàn)似乎并沒那么多，因為心肌梗死14 d后，它們的數(shù)目顯著下降。因此目前骨髓起源的細(xì)胞到底是成纖維細(xì)胞還是特殊表型的炎癥細(xì)胞仍存爭議。

單核細(xì)胞也可能是與病理相關(guān)的成纖維細(xì)胞的另一種來源。梗死心臟組織中成纖維細(xì)胞樣細(xì)胞可同時表達(dá)單核細(xì)胞（CD45；CD11b）和肌成纖維細(xì)胞標(biāo)志物（S100A4，α-SMA）。而且，阻止單核細(xì)胞的募集會降低心肌梗死后CF數(shù)量及減輕心肌重塑[21]。纖維細(xì)胞代表了循環(huán)中一群獨特的成纖維細(xì)胞前體，同時表達(dá)間質(zhì)系統(tǒng)和造血系統(tǒng)的標(biāo)志物（CD45，CD34，前膠原Ⅰ，波形蛋白）。

循環(huán)中的纖維細(xì)胞起源于造血干細(xì)胞，會和其他白細(xì)胞表現(xiàn)出相似的表型，然而，這種表型重疊是否僅代表普通的起源相似[22]，還是也提示有功能的重疊還尚不明確。

3 理解成纖維細(xì)胞起源的意義

眾所周知，CF是心臟纖維化的主要罪魁禍?zhǔn)?，因此限制CF的增殖或者減少它們從其他細(xì)胞的衍生是一種非常有價值的治療策略，尤其是后者，因為心肌中EndMT和骨髓起源的CF只存在于心臟病理過程中。出于這個原因，用重組的骨形態(tài)發(fā)生蛋白-7進(jìn)行治療可以抑制EndMT，雖不影響健康心臟的組織平衡，但能緩解實驗小鼠心肌纖維化。

研究成人心臟中EndMT和EMT等促進(jìn)CF形成的機(jī)制可能會提供治療心臟發(fā)育缺陷的新方法。EndMT和EMT對于胚胎期的心臟發(fā)育都十分重要。例如，房室內(nèi)的EndMT負(fù)責(zé)心內(nèi)膜墊的形成，隨后會發(fā)展為房室間隔和心臟瓣膜。EndMT的缺乏與一系列的先天性心臟病相關(guān)。心外膜上皮細(xì)胞的EMT對于瓣環(huán)的纖維化、結(jié)締組織形成的電傳導(dǎo)系統(tǒng)有重要意義。擾亂EMT的這一過程，可以影響心臟的電傳導(dǎo)，可能會引起預(yù)激綜合征[23,24]。雖然我們相信研究成人中成纖維細(xì)胞的起源有助于理解先天性心臟病，但是阻斷這些形成機(jī)制也可能會潛在的影響心臟生理結(jié)構(gòu)。

4 展望

雖然CF一直長期認(rèn)為是一種獨立、靜止的細(xì)胞群，而細(xì)胞系追蹤研究已經(jīng)提示CF可能起源于多種細(xì)胞，包括內(nèi)皮細(xì)胞、上皮細(xì)胞以及骨髓，擁有著多種功能，這些不同起源各自的CF參與心肌纖維化的程度目前仍不明確。由于缺乏合適的標(biāo)志物以及適當(dāng)?shù)募蚁底粉櫦夹g(shù)，這阻礙了我們探求CF復(fù)雜的分化過程及其功能。因此對于研究者而言，通過探究細(xì)胞、分子及形態(tài)學(xué)變化來研究心臟間質(zhì)仍是一個巨大的挑戰(zhàn)。更好的認(rèn)識CF生理可以加深對心臟病時CF功能的理解，深入理解不同成纖維細(xì)胞群對于心臟生理或病理性疤痕的作用，可能會提供給新的治療策略，目前也只是掀開了心臟病中成纖維細(xì)胞神秘面紗的一角。

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