CD47在心血管疾病中的作用机制及研究进展

韩圣娜,徐丽娜,王淑慧,张莉蓉

(郑州大学基础医学院药理学系，河南 郑州 45000)

随着社会的不断发展和进步，心血管疾病的发展呈持续上升状态，已赶超癌症成为全世界死亡和致残的主要原因[1]，在全球有高达50%的死亡率，其中一半的死因是由心肌梗死诱发心力衰竭(heart failure，HF)造成的，严重威胁着人们的健康。心肌梗死后坏死的心肌细胞没有被及时清除和梗死面积的不断扩大成为最常见的病因。随着医疗技术的不断发展和进步，心脏介入支架、药物溶栓治疗以及外科搭桥手术等临床治疗使急性心肌梗死患者的死亡率显著降低，但针对大量已经梗死及后续凋亡心肌细胞的损伤与修复等多种问题仍未能解决, 由此导致的心室重构与心力衰竭明显增加患者的死亡风险。急性心肌梗死导致心力衰竭的一个关键因素就是梗死面积的形成，梗死面积的扩大和非再生心肌细胞的损伤造成心室功能障碍，梗塞坏死也可以在缺血/再灌注损伤期间或之后造成炎症[2]的不断扩大并加速心室的不良重构。如何有效的清除坏死的心肌细胞从而减少梗死面积，还需要我们进一步去探究。

1 CD47的结构与功能

CD47，又称为整合素相关蛋白(integrin-associated protein，IAP)，是免疫球蛋白超家族(immunoglobulins superfamily，IgSF)中的重要成员，分子重量是在50 ku左右的跨膜糖蛋白，具有氨基末端免疫球蛋白结构域和羧基末端多重跨膜区域。最开始是通过人胎盘与整合素αVβ3共纯化以及血小板与αVβ3整合素共免疫沉淀被人们所认识[3]，CD47与免疫球蛋白超家族的几种蛋白质相结合，如整合细胞表面的分子，白细胞，血小板，红细胞，血小板反应蛋白-1(thrombospondin-1，TSP-1)参与细胞的不同的生理过程，包括细胞迁移，T细胞和树突状细胞的激活和轴突细胞的发育[4]。

如今，CD47主要参与两个重要的生理功能：一是CD47与信号调节蛋白(signal-regulatory proteinα，SIRPα)的相互作用[5]，CD47通过与巨噬细胞上表达的SIRPα受体结合，导致酪氨酸磷酸酶活化并抑制吞噬突触位点肌球蛋白的积聚，对巨噬细胞发送一个“不吃我”信号，发挥抗吞噬的作用。CD47的高表达增强了这个信号从而限制了巨噬细胞的吞噬清除能力，低表达或不表达CD47的细胞可更好的被巨噬细胞清除。

研究显示，几乎所有肿瘤细胞表面都会高表达CD47，与巨噬细胞表面的SIRPα结合后抑制其吞噬肿瘤细胞的功能，而CD47单克隆抗体的使用能够抑制肿瘤的生长和转移。我们课题组前期也在食管癌患者中发现CD47表达升高[6]，离体实验显示经CD47抗体处理后的食管癌细胞，可明显增加巨噬细胞吞噬癌细胞的能力。目前，针对CD47-SIRPα相关检查点抑制剂(如B6H12、Hu5F9-G492、5F9等)的研究已成为新型肿瘤免疫疗法的热点。

CD47的第二个主要功能是作为TSP-1信号传导的受体。TSP-1是一种基质细胞蛋白，在细胞外基质中表达，并通过细胞外表面受体和细胞外基质的其他成分相接触来调节细胞的功能，血管组织中的内源性TSP-1水平在血浆中具有重要的病理生理功能。在与TSP-1结合后，CD47可转导信号，改变细胞中钙离子、环核苷酸、整合素和生长因子信号，并控制细胞的活力和应激性。

2 CD47在心血管中的作用机制

CD47在许多不同类型的肿瘤上高表达，而CD47单克隆抗体的使用能够抑制肿瘤的生长和转移，表明靶向CD47-SIRPα途径成为人类恶性肿瘤的常见疗法的新靶点[7]。但是CD47在心血管疾病中的作用也越来越受到重视，主要是因为CD47在心血管疾病中通过相应的作用靶点发挥着不同的作用。

2.1 CD47对血管和血压的影响CD47在所有血管细胞表面均有表达，但随着细胞年龄的增长，其在红细胞上的表达逐渐减少，和SIRPα结合产生的抑制信号减弱，从而加速巨噬细胞的吞噬作用。CD47在肺动脉内皮细胞和全身的血管平滑肌细胞中也有表达[8]。这主要是CD47介导TSP1有效的抑制一氧化氮(nitric oxide，NO)信号的传导起了重要作用。NO通过几种并发机制促进血液流动和调节血压，包括抑制动脉内皮细胞的活化来减少粘附分子的表达，限制血小板聚集以防止血栓形成，改变动脉血管平滑肌细胞中的钙水平，导致动脉扩张以增加血流量和降低血压，调节心脏对血管活性物质的反应。缺乏TSP-1的肺动脉内皮细胞缺氧处理后，CD47表达降低，则说明配体和受体的基因调控是一致的。肺动脉高压是由于内皮一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)的解偶联和缺乏生物可利用的NO所造成的。CD47是TSP-1的同源受体，两者结合后阻断血管细胞中的NO反应[9]。最近的数据还表明，血浆TSP-1是eNOS在内皮细胞中的有效抑制剂，可以有效的抑制eNOS从而抑制内源性NO的产生。TSP1-CD47结合后在体外抑制内皮细胞中血管生成的活性，在动脉和肺内皮细胞上的CD47被激活后，TSP-1通过抑制内源性NO的产生来限制血管生成，NO介导可溶性鸟苷酸环化酶(soluble guanylyl cyclase，SGC)的活化，以及激活血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)介导的CD47与内皮生长因子受体VEGFR结合，引起的内皮细胞NO的产生，从而抑制了血管生成[10]。

血压是通过局部及全身各种因素之间的调节来维持平衡[11]。VEGF也能刺激内皮细胞产生NO，从而扩张阻力动脉以降低血压。NO是心血管系统的主要调节器[12]，它在调节血压和血管张力方面发挥着主要作用，并随着组织代谢活动对调节区域组织灌注变化的需求做出反应。有文献报道，TSP-1和CD47在血流生理调节中的作用，血管平滑肌收缩是由激酶和磷酸酶作用于肌球蛋白调控轻链2(myosin regulatory light chain 2，MLC-2)控制的[13]，钙瞬变激活eNOS产生NO，然后NO扩散穿过膜进入血管平滑肌，激活可溶性鸟苷酸环化酶，使其产生一氧化氮扩张血管降低血压。在静息时，与对照组相比，CD47敲除动物的平均收缩压和舒张压显著降低。CD47和TSP-1缺失的小鼠在接受血管扩张剂或交感神经阻滞的刺激时，血压有较大幅度的下降。相反地，用静脉注射TSP-1或CD47抗体治疗野生型和TSP1敲除(CD47不敲除)的小鼠可明显升高血压。因此，血浆中TSP-1通过结合血管细胞表面的CD47，成为了一种导致高血压的药物，并通过抑制NO、cGMP，和VEGFR信号使血压上调。此外，TSP-1抑制环磷酸腺苷来介导动脉血管舒张，这可能是通过激活血管平滑肌上的CD47来实现的，并提示我们CD47可能是控制血压的另外一种机制。

2.2 CD47在动脉粥样硬化中的作用动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)是冠心病、脑梗死、外周血管病的主要病因，患者的血管细胞病变还具有破裂的风险和凋亡细胞碎片病理积累的特征[14]。动脉粥样硬化的特征是巨噬细胞[15]和血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells，SMC)的病变，还能够增强血管炎症的风险，最终导致斑块破裂[16]。在人血管组织生物库中发现，与非动脉粥样硬化血管组织相比较，CD47在人的动脉粥样硬化血管斑块中持续上调[17]，免疫荧光和免疫组织化学染色的结果证实，CD47在人冠状动脉和颈动脉粥样硬化形成期间是逐渐上调，并且是定位于坏死的细胞上。在小鼠慢性动脉粥样硬化模型中也观察到类似的结果[18]。动脉粥样硬化小鼠模型在体内给与CD47抗体治疗后，发现与斑块内游离的凋亡小体的数量有所减少，积累的凋亡碎片也有所降低并且减小了坏死的核心病变面积。从机制角度来看，未成熟的巨噬细胞和平滑肌细胞在小鼠和人类动脉粥样硬化病变中表达“不吃我”信号。研究还发现CD47与人动脉粥样硬化血管标本中肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF-α)和受体TNFR1以及TNF-α本身之间存在强烈的正相关性。研究证明了已知的促炎细胞因子TNF-α在动脉粥样硬化中上调主要发生在对CD47依赖性的血管疾病中。CD47与其在受体细胞上的受体SIRP-α结合并有效的阻止巨噬细胞的胞吞作用。最重要的是，在动脉粥样硬化小鼠模型中给予CD47或TNF-α抗体可以增加凋亡细胞的清除和降低整体动脉粥样硬化病变斑块的大小，起到对心肌的保护作用[19]。这些发现表明了，靶向CD47可以减少动脉粥样硬化，并且可以通过特异性结合加速坏死细胞的清除率。总之，这些数据表明，CD47分子的病理性上调阻碍了对动脉粥样硬化斑块的清除，并促进病变区域随时间的延长而不断扩大，影响瘢痕的清除及修复过程。

2.3 CD47在缺血/再灌注损伤(ischemic-reperfusion injury，IRI)中的作用缺血/再灌注损伤是对组织造成损伤的主要因素，不是缺血本身，而是恢复血液供应后，过量的自由基攻击这部分重新获得血液供应的组织内细胞所造成的。而缺血/再灌注损伤是心肌梗塞，中风和器官移植失败的主要原因。缺乏CD47可以有效的保护软组织和包括肝脏和肾脏在内的几种内脏器官中的缺血/再灌注损伤。组织保护的原因包含有增强血流量，减少的炎性细胞的募集和减少活性氧(reactive oxygen species，ROS)的产生。在CD47缺陷鼠中移入CD47阳性的野生型小鼠的骨髓，肾缺血/再灌注损伤仍然可以被有效的减轻[20]。在小鼠心肌缺血和再灌注后，给予CD47抗体阻断后增强了心脏中免疫吞噬细胞对死细胞的清除率[21]，减小了梗死面积，主要是因为损伤的心肌细胞表面上CD47的增加损害了免疫细胞中巨噬细胞的吞噬作用[22]。我们课题组在大鼠心肌梗死模型和离体原代心肌细胞缺氧模型实验中发现梗死组织和缺氧细胞CD47的表达增多；给予CD47抗体治疗可减少离体缺氧心肌细胞的凋亡率。这些数据则表明，CD47能够促进或加重缺血/再灌注损伤，给予CD47抗体阻断或敲除不仅能够减轻损伤，增强心肌收缩力还能为增强缺血性心脏伤口的修复提供新策略[23]。

2.4 CD47对心力衰竭的影响在心血管疾病中几乎所有的疾病最终都会导致心力衰竭，心肌梗死、心肌病、血流负荷过重、炎症等任何原因引起的心肌损伤，都能造成心肌结构和功能的变化，最后导致心室泵血和充盈功能低下。尽管针对左心室心力衰竭继发的神经激素的激活进行了治疗，但是心肌肥厚和心力衰竭相关的发病率和死亡率仍然很高。已知TSP-1和广泛表达的细胞受体CD47之间的相互结合在心血管疾病中发挥一定的作用，CD47不仅能够促进细胞的损伤，还能通过与TSP-1相互结合后抑制NO的信号通路。缺乏TSP-1的敲除小鼠不能激活CD47，临床表现为心脏肥大、右心室增大和肺动脉高压等疾病有一定的保护作用。一些数据也表明，TSP-1通过与CD47结合能够直接激活烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH)氧化酶，增加ROS的产生使NO失调，病理性ROS的产生在HF中发挥重要的作用，并能够加速HF。在CD47敲除鼠中由于CD47的缺乏TSP-1无法激活TSP1-CD47通路表现出了对由横切主动脉狭窄(transverse aortic stenosis，TAC)导致的左心室心衰的保护作用，即对心脏功能的增强、减少了细胞肥大和纤维化、以及降低了组蛋白脱乙酰酶3(histone deacetylase 3，HDAC3)的表达。主要是因为组蛋白乙酰化也曾涉及心脏相关疾病[24]，以此证实了在左心室组织样品中HDAC3抑制CD34后由横切主动脉狭窄导致的心肌细胞肥大有所减少，心肌细胞的纤维化也有所减弱。这些数据共同表明TSP-1-CD47信号传导能够促进心力衰竭。

3 CD47在心血管疾病治疗中的应用展望

在各种缺血/再灌注损伤动物模型的结果中表明，CD47可能是心血管疾病的重要治疗靶标。通过使用功能性阻断抗体靶向CD47或TSP-1，以及使用其他相关抗体抑制CD47能够增加缺血创面的愈合，增加动物缺血后的血流量，改善皮肤血流量，减轻肺动脉高压等血管疾病。使用抗体阻断CD47可保护小鼠肝脏和肾脏免受缺血/再灌注损伤的侵袭，但在CD47敲除鼠中CD47的敲除却不能对自身免疫性脑脊髓炎疾病的治疗达到预期的效果，在脑脊髓炎发病的高峰期， CD47抗体的使用虽然增强了外周免疫系统的激活但却加重了脑脊髓炎的严重程度[25]。这表明CD47靶向治疗可能会表现出促炎和抗炎活性，在疾病治疗的早期和晚期具有相反的作用，因此根据疾病的阶段来决定阻断或补充CD47可能具有不同的作用。这些数据表明了靶向或抑制CD47的表达能够改善心血管疾病，并且在心血管疾病中发挥着重要作用，在治疗疾病中占据着重要意义。因为CD47及其结合配体在急性损伤和慢性衰老疾病中起重要作用，阻断这些相互作用为疾病的治疗提供了很大的前景。在一些缺血性疾病中也能够认为CD47可以作为重要的治疗靶点，为其预防和治疗提供新的思路。