巨噬细胞移动抑制因子在心肌缺血中的双重作用

邓湘宁　王新宇　高　炜

100191 北京大学第三医院心内科(卫生部心血管分子生物学与调节肽重点实验室及分子心血管学教育部重点实验室)



·综述·

巨噬细胞移动抑制因子在心肌缺血中的双重作用

邓湘宁王新宇高炜

100191 北京大学第三医院心内科(卫生部心血管分子生物学与调节肽重点实验室及分子心血管学教育部重点实验室)

【摘要】巨噬细胞移动抑制因子(MIF)参与心肌缺血的发生、发展，具有介导炎症反应，诱发和加重心肌损伤，以及改善心肌能量代谢、保护心肌的双重作用。这种双重作用可能与心肌缺血过程中不同来源的MIF有关。MIF可能成为心肌缺血的新型生物标志物和治疗靶点。

【关键词】巨噬细胞移动抑制因子；心肌缺血；炎症因子；心肌保护

巨噬细胞移动抑制因子(macrophage migration inhibition factor，MIF)是一种体内广泛存在的、具有炎性趋化因子、神经内分泌激素及酶等多种生物活性的蛋白。近年研究发现，MIF与心肌缺血关系密切。MIF既能激活炎症网络诱发并加重心肌损伤，也能调节代谢及氧化还原反应启动心肌保护。本文主要介绍MIF在心肌缺血过程中的双重作用及其临床价值。

1MIF概述

1.1MIF的分泌及结构

MIF在体内的分泌主要受下丘脑-垂体系统的调控，糖皮质激素也参与部分调节[1]。与其他细胞因子经典合成分泌模式不同，MIF以前体形式大量储存于胞质细胞池中，在内毒素、缺血、缺氧等刺激下无需合成，直接、大量、快速地释放，发挥生物学功能，具有炎症放大效应[2]。MIF在体内广泛分布于各种细胞、组织及器官，在单核巨噬细胞、心肌细胞及血管内皮细胞内均有不同程度表达[3]。

MIF以同源三聚体的形式组成一个末端开放、中空筒状的三级结构，与其他已知的蛋白间无明显氨基酸同源性。人与其他哺乳动物的MIF同源性高达90%[2-3]。MIF独特的结构和基因的高度保守性，体现了其功能的重要性。人类MIF基因在4个位点上存在多态性，其中MIF-173 G/C、MIF-794 CATT5-8能调节转录过程，影响MIF活性，与冠心病的发生相关[2, 4]。

1.2MIF的生物学功能

MIF最早在活化的T细胞中被发现[2]，具有多效性，并与其他细胞因子存在紧密联系。作为一种促炎因子，MIF与动脉粥样硬化(AS)等急、慢性炎性疾病相关，其在自身免疫性疾病、感染性疾病、恶性肿瘤中的致病作用也已被证实[2-3, 5-6]。MIF能抑制巨噬细胞随机游走，增强其黏附、聚集、吞噬、浸润及活化能力，还能促进其他多种炎症因子的分泌；而这些炎症因子又可反作用于单核巨噬细胞，促进MIF释放，形成恶性循环，加剧炎症反应[2-3]。MIF通过与CXC趋化因子家族、CD74 等受体结合，作用于c-JUN激活区结合蛋白-1(Jab-1)、c-JUN氨基末端激酶(JNK)、细胞外信号调节激酶(ERK)等信号分子，调节细胞代谢，介导细胞凋亡[7]。MIF还具有互变异构酶活性和氧化还原酶活性[8]。作为一种神经内分泌激素，MIF是体内唯一可以拮抗糖皮质激素抗炎作用的激素[1]，还能影响胰岛素的释放及糖代谢[3, 9]。

2MIF在心肌缺血过程中的作用机制

2.1MIF在心肌缺血过程中的致病作用

2.1.1参与AS的形成并影响斑块稳定性AS是心肌缺血发生的病理基础，是血管壁对损伤和刺激的慢性炎症及免疫反应。MIF能激活炎症网络，参与AS形成[10]。在AS不同阶段，MIF有不同程度表达：脂质条纹期升高，粥样斑块期达到高峰，斑块稳定期下降，主要分布于巨噬细胞聚集处[11]。MIF还与氧化型低密度脂蛋白(ox-LDL)存在协同作用，随着AS病变进展，MIF的表达与血管内膜中层厚度和脂质沉积增加显著相关[12]。MIF也能拮抗糖皮质激素的抗炎作用及胰岛素抵抗，加速AS进程。在AS斑块中，基质金属蛋白酶(MMP)及其抑制物动态失衡，使胶原降解，纤维帽变薄松动，斑块不稳定，血栓易形成，导致急性心肌缺血。MIF可以直接促进不稳定斑块中MMP-1和MMP-9的释放，也能刺激巨噬细胞、血管内皮细胞分泌MMP，还能促进血管生成因子和相关基因的表达，诱发新生毛细血管形成，导致斑块破裂[10-11]。Kong等[13]通过免疫双染技术观察到，在AS易损斑块中MIF和MMP-9水平升高，且存在共定位。随着MIF水平的上升，斑块内MMP-9的mRNA和蛋白表达水平显著升高。

2.1.2介导心肌缺血过程中的炎症反应作为一种促炎因子，在急性心肌缺血时MIF通过介导炎症反应发挥致病作用。适度的炎症反应对损伤修复是必要的，但过度的局域炎症及免疫应答会导致大量心肌细胞死亡。Gao等[14]发现，与野生型(WT)小鼠相比，MIF基因敲除(MIF-KO)小鼠心肌梗死面积较小，其心肌坏死区域巨噬细胞的聚集减少了70%，局部炎症反应减弱，心肌细胞凋亡减少，心脏骤停发生率降低，心室扩张及心功能不全程度减轻。Liehn等[15]对心肌梗死后60 min小鼠使用抗MIF抗体，心肌梗死面积减小。MIF-KO小鼠体内的肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-1β(IL-1β)等炎症细胞因子，JNK、Jab1、p38等信号介导分子以及MMP-2、MMP-9等影响斑块稳定性的蛋白表达水平较对照组明显下降[2, 8]。

2.2MIF在心肌缺血早期的心肌保护作用

MIF在心肌缺血早期发挥保护心肌的作用。在Miller等[16]的研究中，经过短期(15 min)缺血处理后，MIF-KO小鼠的心肌梗死面积明显大于WT小鼠。

腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)是一种细胞能量状态的关键传感器，它能催化葡萄糖转运和摄取、糖酵解及脂肪酸氧化等，抑制能量消耗，促进三磷酸腺苷(ATP)的产生。在缺血早期心脏释放的MIF能激活AMPK，促进葡萄糖转运体-4的膜转运,增加糖类摄取，再灌注时MIF上调脂肪酸氧化，提供代谢支持，减少了心肌梗死面积[2-3，8]。Miller等[16]发现，与WT小鼠相比，MIF-KO小鼠体内AMPK活性、糖摄取均明显减低。JNK是一种能通过促进Bcl-2蛋白家族磷酸化激活下游凋亡信号的蛋白，MIF能抑制JNK活性，从而减少细胞凋亡。当缺血发生后，心肌细胞会产生大量活性氧，加重氧化应激[8]。MIF通过巯基-半胱氨酸途径减弱细胞内的氧化应激，减轻缺血后心肌损伤[8]。Koga等[17]研究了MIF缺失的心肌细胞，发现其线粒体和细胞基质蛋白氧化显著增加。然而MIF的心肌保护作用仅限于缺血早期(<30 min)，长时间缺血使其保护作用消失[2, 17]。

3MIF的双重作用可能与其不同来源相关

在缺血、缺氧刺激下，心肌梗死早期血浆MIF水平迅速升高。急性心肌梗死组患者的血浆MIF水平在心肌梗死发作后4～6 h即迅速、显著升高，24 h达高峰，而不稳定心绞痛组及对照组患者的MIF水平并没有明显变化，提示MIF主要来源于坏死心肌细胞[2]。Chan等[18]通过建立冠状动脉闭塞小鼠模型也发现，缺血坏死心肌内的MIF减少约40%，免疫组化提示坏死心肌细胞池内MIF染色缺失。这进一步证实，心肌梗死时大量MIF从坏死的心肌细胞池中释放入血，发挥生物效应，而坏死心肌细胞中MIF量减少。

Gao等[14]和White等[19]动态监测急性ST段抬高型心肌梗死患者的血浆MIF水平，发现曲线图呈M形，具有双峰，第一次达峰约出现于梗死后24 h，第二次达峰约出现于梗死后7～14 d，这表明除坏死心肌细胞之外，心肌缺血后血浆MIF还有其他来源。研究发现，梗死后即时外周血白细胞与单核细胞的升高程度与预后明显相关[2]；该研究组继续追踪心肌梗死患者外周血单核细胞MIF水平的变化后发现，心肌缺血即刻(3 h内)外周血单核细胞MIF水平并不高，但从第3天起明显上升，且对梗死后小鼠前3 d连续使用MIF抑制剂，可显著削弱MIF水平曲线的第二高峰，降低心脏破裂的风险。这提示心源性MIF激活外周单核细胞释放MIF，形成了第二高峰。

为探究双重作用与不同来源的关系，Gao等[14]和White等[20]应用外周WT/心脏MIF-KO(KOWT)及骨髓WT/白细胞MIF-KO(WTKO)小鼠分别建立心肌缺血再灌注模型，发现KOWT小鼠心肌梗死后心脏破裂风险高，还伴有严重的心室扩大及心功能不全，而WTKO小鼠巨噬细胞聚集减弱，避免了心肌损伤，心脏破裂风险明显减低。由以上研究结果推断，在心肌缺血早期，MIF主要来源于坏死心肌细胞，对心肌起保护作用，形成血浆MIF水平曲线第一高峰；随着缺血时间延长、程度加重，心源性MIF激活外周循环单核细胞释放大量MIF，形成第二高峰，与其他炎症因子和致炎物质相互作用，加重局部炎症浸润，导致细胞凋亡、坏死，促进心脏重构，使左室功能下降。

4MIF可能成为心肌缺血治疗新靶点及新型生物标志物

Sun等[21]发现，使用腺病毒抑制MIF基因可以减轻炎症反应，减轻AS，稳定斑块。Muller等[22-23]通过观察被注射内源性MIF抗体Gremlin-1的载脂蛋白E缺陷小鼠发现，Gremlin-1可以削弱MIF依赖的炎症反应，减轻心肌损伤。此外，异硫氰酸盐、联芳基三唑化合物也能不同程度地抑制MIF活性[24]。Wang等[25]在缺血早期对小鼠心肌灌注小分子MIF激动剂MIF20，发现其能补充缺血心肌细胞内的AMPK信号分子，从而减轻AMPK缺乏引起的心肌损伤。上述研究均提示MIF可能成为心肌缺血治疗的新靶点。

急性心肌缺血的早期诊断和预后评估取决于心肌标志物开始升高的时间和心肌梗死面积。肌酸激酶同工酶(CK-MB)、肌钙蛋白(cTn)等常用心肌标志物的升高主要依靠细胞降解，存在升高延迟。MIF凭借非经典分泌途径可能成为有优势的新型心肌损伤标志物。Chan等[18]发现，心肌缺血坏死后MIF的释放早于CK-MB及cTn，71% 急性ST段抬高型心肌梗死患者就诊时即有MIF水平升高，而其他心肌标志物仅有20%～30%升高；梗死后即刻MIF水平与心肌梗死面积呈正比，而与心脏重构程度成反比。Müller等[22]发现，急性冠脉综合征患者的血浆MIF及其内源性抗体Gremlin-1水平均明显升高；血管造影也证实Gremlin-1/MIF能预测冠心病及斑块稳定性。MIF具有指导治疗的临床价值，即是否需要急诊行血管再通治疗。

5展望

MIF在心肌缺血过程中的作用机制存在争议。双重作用的研究为临床诊疗带来了新思路。然而，MIF作为心肌标志物的灵敏度及特异度尚未被大型临床试验证实，MIF激动剂及抗MIF抗体的有效性、使用时限并不明确，这些都有待进一步的研究。

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(收稿：2015-09-16 修回：2016-01-28)

(本文编辑：梁英超)

doi:10.3969/j.issn.1673-6583.2016.02.002

通信作者：高炜，Email:weigao@bjmu.edu.cn

基金项目：北京市自然科学基金项目(7144254)