SanMed

2022年9月，上海市东方医院、同济大学生命科学与技术学院项耀祖教授团队在《Basic Research in Cardiology》杂志发表了一项研究成果（图1），表明心肌梗死触发了神经内分泌系统通过释放糖皮质激素诱导了NHE1介导的骨髓B细胞自噬性死亡，而EMPA可通过逆转骨髓Naïve B细胞自噬性死亡发挥心脏保护作用，该研究为心梗期间适应性免疫反应的调节提供了新的机制见解。《三度循环》特邀项耀祖教授团队深入解读。

图1 论文首页

01 研究背景

冠心病急性心肌梗死（AMI）是全球主要死因。心梗导致的心肌细胞死亡诱发了复杂的炎症反应，导致心脏驻留免疫细胞的激活以及骨髓等器官中免疫细胞的招募。髓系细胞在心梗后迅速扩张并快速动员至损伤部位，因此目前大部分的研究着眼于心梗后的心脏中性粒、单核、巨噬细胞的动态变化以及其发挥的潜在作用。B淋巴细胞对心血管系统有重要影响，也是小鼠稳态心脏中丰度最高的免疫细胞类型之一，但迄今为止，仍缺乏对于心梗后B细胞的变化趋势以及功能机制探究。  

随着血运重建疗法在临床上被广泛使用，AMI患者的住院死亡率已经出现了明显下降，但约三分之一的AMI患者发展为了慢性心力衰竭，心梗后的长期生存率仍没有得到大幅度的改善。钠-葡萄糖协同转运蛋白2（SGLT2）抑制剂因其显著的心血管保护作用，已被广泛用于治疗心力衰竭。在2022年美国心脏病学会发表的新版指南中，SGLT2抑制剂成为了首个跨全射血分数的推荐级别最高的药物，但SGLT2抑制剂的心脏保护作用机制尚不明确。

B细胞是小鼠稳态心脏中丰度最高的免疫细胞类型之一，并且主要定位于血管周围，少量散布于心肌。在稳定状态下，每毫克组织中的B细胞少于6000个，在MI后增加5到10倍，在第7天左右达到峰值，很可能是募集的结果。尽管大多数关于B细胞对MI后心脏炎症反应的贡献的研究已经描述了其有害作用，心梗小鼠模型中外周血B细胞清除减少了促炎单核细胞浸润，导致心脏梗死面积减小。然而，也有研究表明，B细胞可能在心脏中起着调节免疫细胞池的作用，使用抗CD20抗体清除B细胞后心脏中性粒细胞以及T细胞数量的增加，常驻巨噬细胞的数量减少。 尽管还缺乏大型临床证据直接表明SGLT2抑制剂能使急性心肌梗死患者获益，在心梗早期或预防性使用SGLT2抑制剂的心血管保护作用已经在糖尿病和非糖尿病的心梗动物模型上得到了证实，其中涉及的潜在机制包括抑制心肌细胞死亡、增强内皮功能、降低氧化应激等。此外，SGLT2抑制剂还可以通过动员骨髓中的祖细胞进入循环，促进血管生成，减少糖尿病患者心血管不良事件发生，说明SGLT2抑制剂也通过调控骨髓发挥心血管保护作用，但机制未完全阐明。作者在前期研究的基础上注意到SGLT2抑制剂在永久性心梗前1周给药时表现出更强的心脏保护作用，同时SGLT2抑制剂代表性药物-恩格列净（EMPA）可以挽救骨髓B细胞在心梗急性期的下降，但该药物是否能直接作用于骨髓B细胞以及骨髓B细胞如何响应心梗应激的机制仍不清楚。 该项研究以心梗后心脏与骨髓免疫细胞的应答机制为切入点，深入探究了骨髓B细胞响应心梗刺激的调控机制以及SGLT2抑制剂对于骨髓B细胞的作用机制。 

02 研究方法

研究人员利用单细胞测序、结合临床血液样品描绘了心梗后及EMPA治疗下的小鼠骨髓的免疫学特征，采用敲除小鼠、药理干预、磁珠流式分选等多种技术方法阐明骨髓B细胞的心梗应答机制，最后通过回补不同来源的B细胞揭示骨髓Naïve B细胞的生物学功能。

03 研究结果

鉴于B细胞的发育成熟涉及到骨髓和脾脏，为了探究B细胞在急性心梗中的作用，作者首先通过免疫细胞跨组织的动态演变规律发现心梗后24小时骨髓B细胞数量骤降，脾脏B细胞数量在急性期保持稳定。同时，心梗3天后脾脏，血液及心脏B细胞数量升高伴随骨髓B细胞数量持续降低，心梗3天后心脏和血液中的B细胞增加主要归功于脾脏。以上结果表明心梗急性期B细胞即参与到了免疫应答之中，而这时脾脏B细胞还未扩增，主要是骨髓B细胞在响应心梗刺激。骨髓作为B细胞分化场所，同样也能产生成熟的IgD hi   B 细胞，其在心梗后的作用还未知。在此基础上，作者首次建立了二次心梗模型，即I/R后第七天再次诱导MI，模拟临床上心梗复发的情况，发现EMPA具有剂量依赖性心脏保护作用。EMPA使I/R后心功能改善、纤维化面积降低，并且这种益处可能是通过选择性地提高了心梗后骨髓B细胞的数量达到的，而EMPA对中性粒以及单核细胞数量的影响不明显。这些结果共同提示，骨髓来源的B细胞在心梗后心脏损伤修复中起关键作用，同时EMPA可能直接作用于骨髓B细胞发挥心脏保护作用（图2）。

图2  B细胞跨组织的动态变化及EMPA使I/R后的骨髓B细胞数量升高、心功能改善

为了全面表征心梗后小鼠骨髓的免疫学特征以及EMPA作用的靶细胞，作者对心梗及EMPA处理的小鼠骨髓免疫细胞进行单细胞测序，确定了骨髓Naïve B细胞（B220+CD19+CD43-IgM+IgD+）是主要响应心梗刺激的B细胞亚群，心梗后其数量显著减少，而在EMPA作用下该类群细胞恢复了其数量和功能（图3）。此外，作者通过对急性心梗患者PCI介入治疗后病人血液样品分析发现，与健康对照相比在接受PCI的心梗患者中，血液总B细胞数量与射血分数呈正相关，表明淋巴细胞减少与心力衰竭患者预后具有相关性。

图3  骨髓Naïve B细胞主要响应心梗刺激并在EMPA作用下数量回升

为了进一步探究心梗后骨髓B细胞心梗应答机制，结合心梗后B细胞数量在短时间内急剧降低这一现象和单细胞测序通路分析结果，作者发现心梗触发小鼠神经内分泌系统释放的糖皮质激素，会直接诱导钠/氢转运蛋白1（NHE1）介导的骨髓B细胞自噬性死亡，并且抑制B细胞祖细胞的增殖和分化。同时，仅糖皮质激素受体抑制剂在心梗24小时后恢复了血液和骨髓中的B细胞计数，而盐皮质激素受体抑制剂、β2-肾上腺素能受体抑制剂或β3-肾上腺素能受体抑制剂均不能使骨髓、血液、心脏和脾脏中的B细胞回升，说明糖皮质激素受体抑制剂对于抑制B细胞死亡具有特异性。NHE1敲除小鼠的体内外实验共同证明EMPA直接作用于骨髓B细胞表面的NHE1膜蛋白影响心梗后小鼠的B细胞数量及功能（图4）。

图4  心梗诱发糖皮质激素经骨髓B细胞NHE1引起自噬性死亡

最后，为了确定骨髓来源的B细胞在心梗后心脏保护中的直接作用并结合临床应用，作者分别向心梗小鼠回输骨髓来源、外周血来源、脾脏来源、心梗3天后脾脏来源的B细胞以及Naïve B细胞，结果发现回输骨髓来源的B细胞引起受体小鼠心梗后三天循环中的中性粒细胞减少，骨髓B细胞尤其是Naïve B细胞显著改善小鼠心肌梗死后的心功能并缩小了梗死面积，而脾脏来源尤其是心梗后3天脾脏来源的B细胞反而加重小鼠心梗后的梗死面积（图5）。这一结果为临床转化提供理论基础。

图5 骨髓来源的B细胞尤其是Naïve B细胞显著改善心功能

04 研究结论

该研究表明心梗触发了神经内分泌系统通过释放糖皮质激素诱导了NHE1介导的骨髓B细胞自噬性死亡，同时抑制了B细胞祖细胞增殖和分化（图6）。EMPA通过逆转骨髓B细胞自噬性死亡发挥心脏保护作用，骨髓Naïve B细胞是应答心梗刺激及EMPA的主要骨髓B细胞亚群。本研究为心梗期间适应性免疫反应的调节提供了新的机制见解，并为B细胞亚群治疗缺血性心脏病提供了理论依据。

图6 EMPA抑制心梗后糖皮质激素升高引起的骨髓 Naïve B细胞自噬性死亡 文章doi号： 10.1007/s00395-022-00956-1

图文排版：三度循环 Phenol

版权声明

本文仅代表作者本人观点，与"三度循环"立场无关。