深圳大學醫學部劉杰教授領導的研究團隊最近發現，缺氧誘導有絲分裂因子（HIMF）可促進巨噬細胞向M1表型轉化而加重心肌梗死損傷，表明HIMF可能是治療心肌梗死的一個新靶點。這項成果于近日發表在《Basic Research in Cardiology》雜志上。
 

在心肌梗死（MI）發生后，炎癥反應會促進受損組織的清除，在左心室的重塑中發揮積極作用。然而，炎癥反應過度會導致心肌梗死面積增大并影響傷口修復，造成長期心力衰竭。心肌梗死的主要浸潤免疫細胞是巨噬細胞，它們通過分化為不同的促炎性（Ly6Chigh, M1樣）或促愈（Ly6Clow, M2樣）亞群來協調炎癥反應。因此，調節巨噬細胞的極化功能是一種有潛力的治療策略，有助于在心肌梗死后進行組織修復。不過，目前尚不清楚調節M1/M2表型轉化的機制。

缺氧誘導有絲分裂因子（HIMF）屬于富含半胱氨酸的抵抗素樣分子（RELM）家族，在哺乳動物中高度保守。HIMF可在免疫細胞中經刺激產生，特別是在巨噬細胞中，可被Th2細胞因子高度誘導。不過，它在巨噬細胞中的功能還不清楚。研究人員在此想了解HIMF是否參與巨噬細胞轉化，以及在心肌梗死后的組織修復中發揮何種作用。

HIMF在心肌梗死后上調
研究人員通過冠狀動脈結扎誘導Himf−/−和WT小鼠心肌梗死。他們發現在心肌梗死3天后，WT小鼠左心室梗死區中的HIMF蛋白水平顯著升高，7天后邊緣區中的HIMF蛋白水平顯著升高，表明HIMF在心肌梗死后上調。同時，Himf−/−小鼠在心肌梗死后的心臟射血分數和縮短分數顯著高于野生型小鼠，這表明Himf缺失改善了心肌梗死心臟的收縮功能。

HIMF促進巨噬細胞M1型極化
通過免疫染色分析，研究人員發現，HIMF主要是由巨噬細胞產生的。與WT小鼠相比，Himf−/−小鼠左心室邊緣區和梗死區中M1型炎性細胞因子（包括IL-6、TNFα、IL-1β和NOS2酶）的mRNA水平升高程度較低。同時，M2型修復基因則顯示出不同的表達模式。例如，Himf−/−小鼠左心室梗死區中Arg1酶的表達則明顯高于WT小鼠（圖1）。這些數據表明，HIMF敲除可降低巨噬細胞M1型炎癥反應，并促進M2型修復活性。
 

圖1. Himf缺失抑制了心肌梗死心臟中的M1型炎癥反應

為了確認Himf−/−小鼠心肌梗死后心臟的愈合改善是由巨噬細胞中Himf的敲除造成的，他們委托賽業生物構建了巨噬細胞特異性Himf敲除小鼠（Himf-CKO）。實驗結果與Himf全身性敲除小鼠（Himf−/−）觀察到的表型一致，表明巨噬細胞中的HIMF是心臟重塑的關鍵調節因子。

促炎性的NOS2和組織修復相關的Arg1分別被認為是M1型和M2型巨噬細胞的功能標志物。免疫熒光染色結果顯示，與WT小鼠相比，Himf−/−小鼠左心室梗死區中表達NOS2的M1型巨噬細胞減少，而表達Arg1的M2型巨噬細胞增加。通過FACS的量化，研究人員發現Himf−/−梗死心臟中的M1型巨噬細胞/單核細胞不到20%，顯著低于WT（~35%）（圖2）。因此，他們認為，Himf缺失抑制巨噬細胞極化成M1型細胞，并促進向M2型的轉化。
 

圖2. HIMF影響M1/M2型巨噬細胞極化

為了研究HIMF對巨噬細胞轉化的直接影響，研究人員還操控了巨噬細胞RAW264.7和骨髓來源的巨噬細胞（BMDM）中的Himf表達。他們發現，HIMF過表達顯著激活了這些細胞中M1標志物基因的表達，并導致Arg1的減少。通過這些實驗，他們認為HIMF直接促進巨噬細胞轉化為M1表型。

HIMF誘導M1型極化的機制
由于HIMF不是由心肌成纖維細胞表達的，故研究人員探索了過表達HIMF的巨噬細胞與心肌成纖維細胞之間的相互作用。他們利用來源于過表達HIMF的巨噬細胞的條件培養基來培養心肌成纖維細胞，發現細胞活力受損，細胞凋亡和死亡增加。傷口愈合實驗還表明，這種條件培養基可抑制心肌成纖維細胞遷移。這些數據表明，巨噬細胞中的HIMF表達損害了心肌成纖維細胞的功能，從而影響了心肌的傷口愈合。

之前的研究表明，C/EBP-同源蛋白（CHOP）在確定巨噬細胞極性上起著重要的作用。在此，研究人員發現WT小鼠心肌梗死心臟中的CHOP表達水平上調，但對于Himf−/−小鼠，這種上調則受到抑制。在BMDM和RAW264.7巨噬細胞中，HIMF過表達直接增加了CHOP表達。CHOP表達的降低則部分抑制了HIMF誘導的M1炎性細胞因子產生和Arg1表達的降低（圖3）。因此，CHOP似乎介導了HIMF誘導的巨噬細胞M1型轉化并參與M2型轉化的抑制。
 

圖3. HIMF對M1型極化的促進在部分程度上受CHOP介導

之后，他們進一步發現，STAT1的激活與梗死心臟中CHOP表達的變化有關，在心肌梗死后3天和7天，WT小鼠心臟中STAT1的磷酸化水平增加，而Himf缺失則會抑制這種作用。在BMDM和RAW264.7細胞中，HIMF的過表達使得CHOP表達和STAT1磷酸化持續增加，表明STAT1是CHOP介導的HIMF誘導的M1型極化的下游信號。此外，他們還發現STAT3的激活模式與STAT1非常相似。因此，HIMF至少部分通過CHOP–STAT1/STAT3信號通路來促進M1型極化。

小結
鑒于人類的抵抗素（resistin）與嚙齒動物的HIMF在功能上相似，研究人員推測這個關于HIMF的結論也許可擴展到抵抗素，因此抵抗素有望成為治療心肌梗死的新靶點。他們認為巨噬細胞-抵抗素在心肌梗死背景下的臨床意義值得進一步探索。

原文檢索：

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