巨噬细胞移动抑制因子——心肌缺血/再灌注损伤的诊疗新靶点

邓湘宁 王新宇 高炜

缺血性心脏病是世界范围内致死、致残的主要原因，及时再血管化、恢复心肌供血可以挽救受损心肌，然而再灌注本身也会导致心肌坏死［1］。探究心肌缺血/再灌注（ischemia/reperfusion，I/R）的病理生理机制， 制订合理的治疗策略一直是国内外研究热点。巨噬细胞移动抑制因子（macrophage migration inhibitory factor，MIF）家族，包括MIF及其同系物多巴色素互变异构酶（D-dopachrome tautomerase， D-DT），也称为MIF-2，在心肌I/R过程中发挥重要的作用［1-3］。本文将对MIF家族（MIF、MIF-2）在心肌I/R过程中的调节作用及临床转化进展进行综述。

1 MIF家族的基因、结构

人类的MIF、MIF-2基因在第22号染色体长臂（22q11.23）上的保守区内，位置相邻，均由3个外显子及2个内含子组成，二者不同之处仅在于内含子的长度［4］。MIF-2和MIF具有34%相同的氨基酸序列，但二者活性中心的序列组成及周围电荷情况明显不同［4］。在二级结构中，MIF-2缺乏MIF所具有的Cys-80-X-X-Cys-59（CXXC，Cys代表半胱氨酸，X代表任意氨基酸）和Asp-44-X-Arg-11［伪-（E）LR，Asp代表天冬氨酸，Arg代表精氨酸，X代表任意氨基酸］氨基酸序列，可能赋予其独特的功能特性［5］。功能学上，MIF、MIF-2以同源三聚体形式存在，形成末端开放的、能与小分子配体结合的中空筒状通道结构，X线散射成像显示二者的三、四级结构高度同源［2-3］。MIF家族的基因和结构是高度保守的，蛋白同源性在人和其他哺乳动物中高达90%［1-2］，提示其存在重要且不可替代的生物学功能。

2 MIE家族与心肌I/R

2.1 MIF家族在心脏的表达和分泌

MIF家族在人体各组织器官广泛分布［4］。心肌细胞内MIF、MIF-2蛋白的含量十分丰富，是骨骼肌细胞的10倍，而且MIF-2的表达高于MIF。心肌细胞内MIF含量随着年龄的增长而减低［6-8］。

MIF家族具有独特的非经典分泌方式［9］。与大部分细胞因子需先经诱导合成不同，MIF、MIF-2以前体形式大量储存于心肌细胞胞质细胞池中，在心肌I/R早期，由受损、坏死的心肌细胞快速、大量释放入血，引起循环MIF、MIF-2水平的急剧升高且二者间存在显著相关性［2，6，10］。心源性MIF仅在缺血缺氧的刺激下出现时间和损伤程度依赖性释放，而当心肌细胞暴露于白介素-1β、肿瘤坏死因子-α等炎性刺激时，心肌细胞内MIF的含量并不减少［2］。随着心肌I/R时间的延长、心肌坏死程度加重，炎症细胞（巨噬细胞、单核细胞）成为循环MIF水平持续升高的主要来源［6，11-12］，而MIF-2的变化趋势和来源尚不明确。

2.2 MIF家族在心肌I/R过程中的作用机制

MIF家族主要通过结合膜表面受体CD74/CD44（同源）以及CXC趋化因子受体（C-X-C chemokine receptor，CXCR）家族的CXCR2、CXCR4和CXCR7（非同源），激活下游信号通路，发挥生物学功能；MIF、MIF-2在信号通路的调控中大多起协同作用，但仍存在部分差异［2-3］。在感染、肿瘤、自身免疫等病理生理过程中，MIF、MIF-2通常被认为是促炎疾病的恶化因子。然而，这一规律并不绝对，MIF家族与其受体在不同脏器作用机制不同，在同一脏器不同细胞的表达、作用机制和生物效应也不相同［3］。

在心肌I/R早期，MIF能结合CD74/CD44，使腺苷酸活化蛋白激酶（adenosine monophosphate activated protein kinase，AMPK）磷酸化改善心肌细胞能量代谢、激活细胞外信号调节激酶（ERK）通路、抑制c-JUN氧基末端激酶（JNK）途径、调控氧化应激等减少心肌细胞凋亡［1，7，10］；上调MIF的s-亚硝基化可通过增强细胞内抗氧化作用，使上述的保护作用加倍［13］。随着缺血时间延长、心肌损伤的程度加重，MIF的这种心脏保护作用消失，开始通过CXCR2/CXCR4通路诱导巨噬细胞等免疫细胞聚集于坏死心肌、分泌更多的MIF和其他炎症因子，激活炎症系统［2，12，14］。

适度的炎症反应对损伤的恢复是必要的，但过度的炎症及免疫应答会导致心肌细胞的死亡，扩大心肌梗死面积（infarct size，IS），降低收缩功能，引起心脏纤维化和重构［15］。

值得一提的是，MIF-2对CD74同样具有高度亲和力，虽在低浓度情况下生物效能仅为MIF的60%，但结合速率比MIF高3倍［16］。MIF-2被证实能激活CD74/CaMKK2/AMPK通路，从而减少心肌IS，起到心脏保护作用，其与MIF相比，缺乏与CXCR2结合所必需的伪-（E）LR氨基酸序列，促炎作用可能被大大削弱［5］；因此在心肌梗死后，MIF-2可能比MIF具有更强的选择性心脏保护作用，但相关研究较少，具体机制仍不明确。

3 MIF家族与不同的心肌I/R形式

MIF、MIF-2在心肌I/R中的作用仍不十分确切，在很大程度上取决于不同的疾病模型、缺血持续时间和严重程度。

3.1 MIF、MIF-2与急性心肌梗死

急性心肌梗死是临床中最常见的心肌I/R表现形式。在小鼠冠状动脉结扎引起心肌缺血早期， MIF、MIF-2在循环中浓度显著升高，在梗死心肌细胞内含量减少，分别使用MIF、MIF-2的中和抗体使心肌I/R早期的IS增加［7，17］。White等［12］还发现使用MIF中和抗体的小鼠再灌注早期梗死区域心肌胶原含量明显减低，而成纤维细胞密度并无明显改变，提示MIF在心肌梗死后早期能促进心脏修复；当再灌注时间由7 d延长至4周时，MIF基因敲除鼠的心肌细胞炎症反应和纤维化程度明显低于WT鼠，提示急性心肌梗死早期心源性MIF、MIF-2可能主要发挥保护、促进修复的作用，随着I/R时间的延长，免疫源性MIF激活炎症反应，加重心肌损伤。

急性心肌梗死患者循环MIF水平远高于心绞痛患者及健康对照人群［2］。动态监测行急诊介入治疗的急性心肌梗死患者循环MIF水平，发现其分泌呈“M”形双峰，第一次达峰值约发生于心肌梗死后24 h内；而第二次达峰值约位于心肌梗死后7～14 d，持续升高来源可能为活化的单核-巨噬细胞［11-12］。然而，急性心肌梗死患者动态循环MIF-2水平尚无相关研究。

急性心肌梗死早期心源性MIF、MIF-2可能主要发挥保护、促进修复的作用；随着心肌I/R时间的延长，免疫源性MIF能显著激活炎症反应，加重心肌损伤，而MIF-2作用机制仍不明确。

3.2 MIF、MIF-2与体外循环

大多数心脏外科手术需要体外循环（cardiopulmonary bypass，CBP）维持术中循环稳定。然而，该过程可造成心脏及其他器官严重的心肌I/R损伤。Stoppe等［18］观察到CBP支持下行冠状动脉旁路移植术（coronary artery bypass grafting，CABG）患者MIF水平低于行不停跳CABG患者 ，而肌钙蛋白、炎性因子水平及需要血管再通的概率更高。多项研究表明，动态监测CBP患者围术期MIF、MIF-2及其受体sCD47循环水平发现［18-22］：术中MIF、MIF-2循环浓度升高远早于C反应蛋白、降钙素原、白介素-6等炎症因子；当心脏恢复灌注时，MIF、MIF-2循环水平再次飞跃式上升，于CBP撤机后15 min达峰值，后逐渐回落，术后24 h内回归基线水平；而循环sCD74水平则持续降低；围术期循环MIF升高的程度与心脏停跳持续时间、机械通气时间相关， MIF低水平提示CBP相关心肌I/R损伤更重、预后欠佳，术后也更容易发生新发心房颤动、急性肾损伤及相关的神经系统损伤。

3.3 MIF与心搏骤停

心搏骤停后成功复苏也是心肌I/R的临床表现形式之一，合并全身炎症瀑布反应及多器官I/R损伤。心搏骤停患者早期循环MIF水平即呈爆发式升高，是健康人的40倍，也远高于急性心肌梗死、行CBP的患者［21，23］。在此过程中，（1）MIF的升高明显早于其他炎症因子；（2）发病早期MIF水平与肌钙蛋白、乳酸脱氢酶等反映心肌损伤的指标相关，但与炎症因子不具有相关性；（3）高水平MIF患者的短期死亡风险高［21，23-24］，这提示了心搏骤停早期循环MIF来源为坏死心肌细胞，这与上述两种I/R形式一致。

3.4 MIF与缺血预适应（ischemic preconditioning，IPC）

心肌IPC是指通过各种形式的短周期心肌I/R，预防并削弱随后长期、严重的心肌I/R损伤，进而减少心律失常、降低死亡率、改善预后［25］。Ruze等［26］观察到远端IPC能减少WT小鼠的IS，而MIF敲除小鼠的IPC保护作用完全消失，IS较WT鼠增加30%，MIF通过激活再灌注损伤补救激酶、AMPK，促进心肌细胞糖摄取，不仅在远端IPC的心肌保护过程中发挥重要的作用，在其他形式，如异氟烷麻醉诱导IPC的过程中也能减少心肌损伤［26-27］。MIF-2具有可能的高选择保护功能，其在IPC过程中的作用机制亟待进一步研究探讨。

4 MIF潜在临床价值

4.1 生物标志物

已有数个临床研究证实MIF在急性心肌梗死早期即显著升高［2，6，28］。Chan等［6］发现，71%急性心肌梗死患者就诊时即有MIF水平升高，但其他心肌标志物（肌酸激酶同工酶、肌红蛋白、肌钙蛋白）仅有20%～50%，就诊单次的MIF水平即能反映IS，而无需动态监测，是远期不良预后的独立预测危险因素［6，28］。急性心肌梗死患者心肌梗死后2.5 d的循环MIF水平与心脏磁共振中反映心肌纤维化指标——细胞外容积呈正相关［29］。作为新型生物标志物，MIF有望用于急性心肌梗死患者早期诊断和危险分层。

4.2 抗MIF抗体、抗CD74抗体

MIF的上游炎症激活作用促进了特异性抑制MIF通路这一药理学策略的发展，主要针对直接拮抗MIF或间接拮抗MIF/CD74，包括抗CD74抗体Milatuzumab（已被批准用于血液系统肿瘤治疗）和人抗MIF单克隆抗体Imalumab（适用于转移性结肠癌、多发性骨髓瘤，已经完成了二期临床试验），MIF与CD74结合抑制剂RTL1000（适用于系统性硬化，已完成一期临床试验）［3］。然而，上述药物的抗炎作用及安全性主要在恶性肿瘤、自身免疫性疾病患者中被验证，其针对心肌I/R的预防有效性，行MIF中和治疗合适的时间、剂量、方式仍不明确，需进一步研究。

4.3 重组MIF-2、MIF20

MIF/CD74信号通路的心脏保护作用提示，在早期心肌I/R过程中， 增加MIF表达可能存在获益。然而，外源性补充MIF后并未减少IS［30］，甚至加重心功能不全［2］，MIF的心肌保护作用是否存在临床转化价值具有争议。近期研究表明，与MIF相比，MIF-2在心肌I/R过程中并不存在负性肌力作用。Qi等［7］观察到再灌注后静脉注射重组MIF-2的小鼠，其IS显著减少80%，心脏收缩功能受损程度轻。急性心肌梗死患者急诊经皮冠状动脉介入治疗后立即补充重组的MIF-2可能发挥预防心肌I/R损伤的作用［3］。MIF20是一种通过与MIF保守的N末端结合、引发构象变化，促进MIF、MIF-2与CD74结合的活性小分子化合物［1-2］，其小分子结构比重组MIF、MIF-2具有更好的组织渗透能力，便于口服。Wang等［31］在小鼠动物实验中证实了在心肌I/R早期予以MIF20能减小IS，而MIF20是否为有效的心脏保护策略，有待大型临床试验证实。

5 小结

MIF、MIF-2在心肌I/R过程中发挥重要调节作用，相对于其他细胞因子，具有独特的分泌方式和双向作用机制。根据MIF家族在心肌I/R过程中的作用特点，分阶段组合疗法可能不失为一个有效的治疗方式：在心肌I/R早期谨慎、特异地增强MIF、MIF-2的心脏保护作用，在心肌I/R的晚期炎症爆发阶段，进行特异性MIF中和治疗。此外MIF-2在心肌I/R过程中可能的高选择心脏保护作用具有巨大的临床转化潜力，但相关作用机制仍不明确，且缺乏临床研究的验证和支持，有待进一步研究探讨。MIF家族作为未来心肌I/R损伤可能的诊疗新靶点，仍任重道远。