自主神经调控免疫重构与心房颤动的发生

王学文 柯元甲 赵庆彦

(武汉大学人民医院心内科 武汉大学心血管病研究所 心血管病湖北省重点实验室,湖北 武汉 430060)

近年来,越来越多的证据显示心房颤动(房颤)发生的过程中免疫微环境会发生明显改变,主要表现为心房免疫细胞的招募、激活和再分布,以及免疫因子的异常分泌,其称之为“免疫重构”。自主神经对免疫的调控参与了心房电重构和结构重构等这些房颤基质改变的过程,对房颤的发生和维持具有重要作用。研究自主神经调控免疫在房颤发生中的作用有助于对房颤的发病机制和治疗提供新的依据和靶点。笔者对此做一综述。

1 房颤与免疫重构

正常成人心脏细胞主要由心肌细胞、成纤维细胞、内皮细胞和免疫细胞等11种细胞组成,其中免疫细胞占心房细胞总量的10.4%[1]。这些免疫细胞包括心脏固有的免疫细胞和来自循环的外源性免疫细胞,主要有单核巨噬细胞、中性粒细胞、肥大细胞、T淋巴细胞和B淋巴细胞等,它们与非免疫细胞通过直接或间接方式相互作用。心外膜脂肪组织及心包液中也含有一些免疫细胞,是病理条件下心脏免疫细胞浸润的主要来源[2-3]。

房颤患者免疫细胞的招募、激活和再分布主要表现为心房局部和全身免疫细胞的改变。局部心肌由于不规则的电活动和心脏手术刺激等导致的钙超载、氧化应激及细胞凋亡可激活局部免疫细胞,导致细胞因子的释放及炎症级联反应[4]。房颤患者心房肌中中性粒细胞、CD68+巨噬细胞以及CD8+、CD3+淋巴细胞浸润明显增加[5-7],免疫荧光分析显示巨噬细胞以M1促炎性巨噬细胞为主,最近的研究显示房颤患者心房组织中M2型巨噬细胞含量也明显增加[8]。另外,Liao等[9]在通过主动脉弓缩窄术(transverse aortic constriction,TAC)形成的压力负荷小鼠模型中,与假手术组小鼠相比,TAC手术组小鼠第10天肥大细胞浸润的数量增加了2.5倍;心房肥大细胞浸润和纤维化,使心房在短阵快速脉冲刺激后房颤易感性增强,色甘酸钠稳定肥大细胞可减轻TAC后心脏的房颤易感性。Uemura等[10]观察到注射链脲佐菌素诱导的高血糖增加了野生型小鼠左心房肥大细胞浸润和不均一间质纤维化,经食管短阵快速脉冲刺激容易诱发房颤,而在肥大细胞缺陷小鼠中使用同样的方法未观察到上述现象。

房颤患者的全身免疫系统也发生不同的变化,主要包括细胞因子、趋化因子、自身抗体等免疫因子的异常分泌。有研究[11]发现房颤患者血浆中促炎性细胞因子水平明显升高,包括白细胞介素(interleukin, IL)-1β、IL-6、IL-18及肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α。流式细胞分析房颤患者外周血的程序性死亡-1及其配体表达下调[12],使免疫负性调控因子功能受损。房颤患者外周血中CD4+T细胞比例增加,以发挥免疫抑制作用为主的调节性T细胞比例下降[13],从而导致免疫激活和抑制的失衡;还有研究[14]表明T细胞亚型Th17相关细胞因子如IL-17A、IL-17F、IL-21、IL-22是房颤发生的独立危险因子;转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)已被证实参与房颤纤维化、心房结构重构[15]。房颤还伴随一些自身抗体水平的增加,Hu等[16]对71例非瓣膜性房颤患者和75例年龄、性别匹配的健康对照组血清进行抗β1肾上腺素受体(β1-adrenergic receptor,β1-AR)抗体、M2毒蕈碱受体自身抗体检测,结果显示这些抗体在非瓣膜性房颤患者中明显高于健康对照组。这些免疫因子的重构与房颤发生发展密切相关。

2 自主神经调节免疫的经典通路

自主神经和免疫系统的相互作用在维持生理稳态、应激、抵御感染和损伤的过程中发挥重要作用。自主神经调节免疫的经典通路主要分为交感神经和迷走神经对免疫的调节。交感神经活性增强增加去甲肾上腺素(norepinephrine,NE)释放,通过β2肾上腺素受体激活细胞内信号通路环磷酸腺苷蛋白激酶A,调节免疫细胞的增殖、分化、成熟和效应功能[17]。Borovikova等[18]首次提出传出迷走神经纤维参与一种脑-免疫的信号通路,通过释放乙酰胆碱(acetylcholine,ACh)控制TNF和其他促炎性细胞因子的产生。他们对大鼠双侧颈部迷走神经切开后注入致死剂量的内毒素,电刺激迷走神经远端可显著降低血清中TNF的含量,但无迷走神经刺激大鼠的血清TNF峰值显著增加;电刺激迷走神经远端可降低内毒素刺激的肝脏TNF合成,无迷走神经刺激大鼠的肝脏TNF合成增加。另有研究[19-20]证实迷走神经刺激释放的ACh特异性结合并激活组织巨噬细胞表面的α7烟碱型乙酰胆碱受体(α7 nicotinic acetylcholine receptor,α7nAChR),选择性地抑制致炎细胞因子释放。这种神经免疫反应被称为“胆碱能抗炎通路”。

3 自主神经调控免疫与房颤

3.1 交感神经调节免疫与房颤

有研究[21]显示交感神经张力变化可调节免疫炎症,激活心肌炎症浸润,交感神经释放的NE显著增加内皮细胞和巨噬细胞中p53的表达,降低内皮细胞β2肾上腺素受体的表达,减轻心脏炎症。另有研究[22]发现,小鼠注射α1肾上腺素受体(α1-adrenergic receptor,α1-AR)激动剂(苯肾上腺素)后,心肌炎症细胞因子IL-6、趋化因子单核细胞趋化蛋白(monocyte chemoattractant protein,MCP)-1和MCP-5表达增加,心肌巨噬细胞浸润,α1-AR拮抗剂(哌唑嗪)预处理可阻断这些效应。此外,苯肾上腺素注射显著增加心脏中NOD样受体蛋白3(NOD-like receptor protein 3, NLRP3)的表达以及半胱氨酸蛋白酶1和IL-18的表达,结果提示α1-AR通过激活NLRP3炎性小体诱导心肌巨噬细胞浸润和炎性反应。Wang等[23]早期研究提示肾去交感神经能明显抑制长期快速起搏犬心房引起的心房肌炎性因子的升高,降低肾素-血管紧张素-醛固酮系统活性和心房重构,抑制房颤诱发。

Wang等[24]进一步研究了交感神经调节免疫细胞活化在房颤中的作用机制,他们将犬随机分为4组：正常对照组、卒中组、卒中联合巨噬细胞清除组、卒中联合左星状神经节消融(left stellate ganglion ablation, LSGA)组,通过快速刺激心房来观察交感神经张力改变在房颤发生中的作用。结果发现犬急性脑卒中3 d后左星状神经节电活动增加,心房巨噬细胞浸润增加,TNF-α、IL-6和IL-1β水平升高,心房不应期离散度升高且易诱发房颤;心房肌给予巨噬细胞清除剂或LSGA后,房颤诱发频率明显降低,LSGA后左右心房巨噬细胞和炎性因子也明显减少。Yang等[25]进一步研究了星状神经节对心房巨噬细胞极化与房颤的作用机制。他们发现卒中犬心房中中电导钙激活钾通道(intermediate-conductance Ca2+-activated K+channel, SK4)表达及NE、β1-AR、p38、c-Fos水平均高于对照组或LSGA组;对照组与LSGA组犬心房SK4表达及NE、β1-AR、p38、c-Fos水平差异无统计学意义,结果显示离断左星状神经节后能明显抑制卒中犬心房的NE、β1-AR、p38和c-Fos水平,降低SK4表达并抑制心房肌促炎性巨噬细胞的极化。本研究结果提示星状神经节对房颤的作用与p38调节巨噬细胞极化有关。

3.2 迷走神经调节免疫与房颤

早期研究[26]显示迷走神经在房颤发生中起重要作用：高强度刺激迷走神经可诱发房颤,低强度刺激迷走神经可抑制房颤。张友京等[27]探讨了低强度刺激迷走神经抑制房颤的作用机制,发现低强度刺激迷走神经抑制房颤与胆碱能抗炎通路有密切关系。他们首选分别给予12只犬快速右心房刺激(800次/min)6 h,连续3 h刺激后,对照组于4个心房神经节丛(ganglionated plexus,GP)区域注射0.9%NaCl溶液,激动组于4个GP区域注射含α7nAChR激动剂的0.9%NaCl溶液。于实验基线期、每小时刺激末检测心房及肺静脉有效不应期(effective refractory period, ERP)、ERP离散度、房颤诱发情况;实验基线期、3 h刺激末、实验终点分别取静脉血检测TNF-α、IL-6、ACh;电生理检查完毕后取心房、右前GP组织检测TNF-α、IL-6、ACh及转录激活蛋白3的表达水平,免疫荧光检测α7nAChR蛋白的定位表达。结果发现快速刺激两组犬心房后,心房肌和肺静脉的ERP、房颤周长较基线期均明显缩短,房颤诱发率均明显升高;激动组注射α7nAChR激动剂后,犬心房和肺静脉的ERP、房颤周长逐渐延长,房颤诱发率降低、持续时间逐渐缩短。心房快速刺激6 h后,两组血清TNF-α、IL-6等水平均明显升高,ACh表达显著降低;与对照组相比,注射α7nAChR激动剂组的犬心房及右前GP组织中TNF-α、IL-6表达水平显著降低,而ACh表达差异无统计学意义,转录激活蛋白3表达水平明显升高。结果提示激动α7nAChR介导的胆碱能抗炎通路能降低炎性因子水平,抑制心房快速刺激引起的心房肌电重构和房颤的诱发[27]。另一项研究[28]发现GP注射α7nAChR特异性拮抗剂可抑制低水平迷走神经刺激对心房电生理和炎性细胞因子的影响。

有研究[29-30]显示GP以胆碱能神经为主,低强度犬心脏GP刺激明显增加血清ACh水平,降低血清C反应蛋白(C-reactive protein,CRP)、IL-6、高迁移率族蛋白1水平。Zhao等[31]在另一项研究中将13只犬分为假手术组和GP消融组,假手术组开胸后即刻和术后8周测量心房ERP、房颤诱发;GP消融组开胸后在进行右前和右下GP消融前、消融后即刻及术后8周测量心房ERP、房颤诱发。术前和术后8周采集静脉血,8周后立即切除心脏取心房肌组织检测CRP、TNF-α、IL-6。结果显示假手术组及GP消融组在GP消融前后均未诱发房颤,GP消融后8周消融组均诱发房颤。假手术组和GP消融组的静脉血CRP、TNF-α、IL-6在开胸前和8周后无明显差异;8周后GP消融组心房组织TNF-α、IL-6水平升高,CRP水平无明显变化,提示GP消融去胆碱能神经后心房炎症因子的升高增加了房颤的易感性。

另外,Zhao等[32]还发现正中神经刺激也能增加迷走神经张力,抑制房颤诱发。他们将犬分为：假手术组进行持续3 h(800次/min)的高频心房起搏;正中神经刺激组1进行相同的高频心房起搏联合正中神经刺激3 h;正中神经刺激组2进行相同的高频心房起搏联合正中神经刺激3 h,另在心房及心耳心外膜表面使用α7nAChR阻断剂;空白对照组用于检测心房炎症因子浓度。结果显示假手术组在快速心房起搏时,血浆及左右心房组织TNF-α和IL-6水平较基础状态明显升高,ACh水平降低;然而,正中神经刺激组1、组2的血浆TNF-α、IL-6水平无明显升高,ACh水平较基础状态无显著差异;正中神经刺激组2左右心房组织的TNF-α、IL-6水平升高。研究证明正中神经刺激通过激活迷走神经抑制血浆、心房组织炎症因子水平,使用α7nAChR阻断剂能阻断迷走神经降低炎症反应的效应[31]。Yin等[33]在随后的临床研究也证实了迷走神经活动可产生抑制免疫炎症、降低房颤易感性的作用,他们通过对房颤消融术后患者进行针刺内关穴治疗来增加患者迷走神经张力,结果显示针刺组血清炎症因子水平、房颤复发率均低于对照组。

4 总结

综上所述,交感神经及迷走神经通过对免疫的调节均参与了房颤的发生发展,干预自主神经或神经调节免疫的相关信号通路可抑制房颤的发生,这可能成为临床治疗房颤的新方向。