文献解读 | 功能性心肌补片通过调节CCR2- 心脏常驻巨噬细胞生态位及其细胞间相互作用，促进心脏修复

研究背景

心肌梗死（MI）是冠状动脉阻塞导致心肌缺氧坏死的心血管疾病。现有疗法仅能延缓心衰进展，无法实现心肌修复再生。由支架和治疗细胞或生物因子组成的心肌补片（CPs）成为有前景的MI修复策略。理想CP需同时模拟心肌电学和力学性能，并提供生物活性成分增强修复效果。而研究发现，心脏常驻巨噬细胞（CCR2^– cRMs）是心肌内源性修复的保障。但心梗后，心脏常驻巨噬细胞大量丢失且恢复缓慢，给心梗修复带来了巨大的挑战。

基于此，王乐禹教授、邱小忠教授团队近期在【Cell Reports Medicine】杂志上发表”A functional cardiac patch promotes cardiac repair by modulating the CCR2⁻ cardiac-resident macrophage niche and their cell crosstalk”的相关研究成果。

阐述一种能够调控心脏常驻巨噬细胞生态位和细胞互作的功能性弹性导电心肌补片，通过整合外源性弹性导电微环境和心脏常驻巨噬细胞介导的内源性修复微环境，为心肌梗死的临床治疗提供新的方向。

功能性心肌补片介导细胞互作促心梗修复的潜在方法

研究方法

本文采用Langendorff离体心脏灌流技术和电标测技术（Electrical Mapping）检测不同模型组的正常区、梗死区电传导速度等指标，直接评估正常心肌与梗死心肌之间的电整合能力。

研究结果

1. PSL/pIL4的制备、表征和细胞内化研究

PSL/pIL4由磷脂酰丝氨酸（PS）修饰的脂质体纳米载体和聚醚酰亚胺@IL4 pDNA复合物组成，粒径为126 ± 14nm，具有高效内化能力。实验表明，PSL在巨噬细胞中的内化效率最高（93.64%），主要通过网格蛋白介导的内吞途径实现，且依赖能量供应。PSL/pIL4能够在10小时内从溶酶体逃逸至细胞质，具有基因递送的功能。

图1. PSL/pIL4 的制备、表征和细胞内化

2. PSL/pIL4@pHH CCP的制备、表征及其对心肌细胞功能化的影响

研究用过硫酸铵引发APMA-HA和HEMA的自由基聚合反应，低温冷冻得到离子导电水凝胶，通过装载PSL/pIL4 构建功能性弹性导电心肌补片PSL/pIL4@pHH CCP。具有仿生导电性（0.02 S/m）和机械性能（弹性模量23–46 kPa），模拟天然心肌微环境。PSL/pIL4纳米载体高效内化巨噬细胞，并通过溶酶体逃逸实现IL-4基因递送，诱导M2型巨噬细胞极化。体外实验表明，PSL/pIL4@pHH CCP显著促进心肌细胞（CMs）的功能，增强钙瞬变同步性和电信号传导。

图2. PSL/pIL4@pHH CCP的制备与表征及其对CMs功能的影响

3. PSL/pIL4@pHH CCP通过调控CCR2^–cRMs的增殖和旁分泌表达，介导CCR2^–cRMs与心肌细胞/心外膜细胞的细胞互作

PSL/pIL4@pHH CCP通过特异性靶向CCR2^– cRMs，显著促进其增殖（Ki67阳性细胞增加）和修复性细胞因子（如IGF-1、PDGF-CC、CXCL4和Ang-2）的旁分泌，同时避免炎症因子增加。通过Transwell和共培养系统研究发现，PSL/pIL4@pHH CCP增强了CCR2^– cRMs与CMs之间的CX43连接，促进电信号同步传导。此外，CCR2^– cRMs分泌的IGF-1和PDGF-CC激活WT1⁺心外膜细胞向内皮细胞分化，显著增加内皮标志物（vWF和CD31）的表达。这些结果表明，PSL/pIL4@pHH CCP通过调控CCR2^– cRMs的增殖与旁分泌，协调其与CMs及心外膜细胞的互作，为心肌修复提供了协同微环境。

图3. PSL/pIL4@pHH CCP调控CCR2⁺ cRMs的增殖与旁分泌调控作用，从而影响心肌细胞（CMs）和心外膜细胞

4. PSL/pIL4@pHH CCP通过调控CCR2^– cRMs与CCR2⁺单核细胞衍生巨噬细胞的比例，纠正心肌梗死后的异常免疫微环境

PSL/pIL4@pHH CCP在体内通过调控CCR2⁺心脏驻留巨噬细胞（CCR2^–cRMs）与CCR2⁺单核细胞衍生巨噬细胞（CCR2⁺ RMs）的比例，纠正心肌梗死后的异常免疫微环境。实验显示，MI后第3天，CCR2^– cRMs丢失超过80%，而PSL/pIL4@pHH CCP植入后显著促进CCR2^– cRMs的更新，抑制CCR2⁺ RMs的募集和炎症浸润。免疫荧光染色证实，PSL/pIL4@pHH CCP组以修复型CCR2^–cRMs为主。超声心动图分析表明，CCR2^– cRMs数量与心脏功能（缩短分数，FS）呈正相关（R²=0.8632），而CCR2⁺ RMs数量与FS呈负相关。这些结果表明，PSL/pIL4@pHH CCP通过重塑免疫微环境，有效改善心脏功能。

图4. PSL/pIL4@pHH CCP的植入调节大鼠MI模型中CCR2^– cRMs/CCR2⁺ RMs的比例，从而纠正异常的免疫微环境并改善心脏功能

5. PSL/pIL4@pHH CCP植入通过提高CMs-CMs和CCR2^– cRMs-CMs之间的CX43表达，促进心肌梗死后的电传导

PSL/pIL4@pHH CCP通过提高CMs-CMs和CCR2^– cRMs-CMs之间的CX43表达，显著促进心肌梗死后的电传导。采用Langendorff离体心脏灌流技术和电标测技术直接评估正常心肌与梗死心肌之间的电整合能力。结果显示，CCP植入后梗死区电传导速度显著提高（PSL/pIL4@pHH CCP组最高），电压幅度从3.5 mV增至9 mV。免疫荧光和流式细胞术证实，CCP组中CX43⁺巨噬细胞比例从4.2%增至11.3%。这些结果是由于CCP的导电桥接作用和CCR2^– cRMs的更新。

图5. PSL/pIL4@pHH CCP的植入通过调节心肌梗死后4周的CX43表达，改善心肌电整合

6. PSL/pIL4@pHH CCP植入通过调控CCR2^– cRMs与心外膜细胞的细胞互作，激活心外膜细胞的分化潜能并促进血管再生

PSL/pIL4@pHH CCP通过调控CCR2^–cRMs与心外膜细胞的互作，显著促进梗死区的血管新生。实验显示，在转基因小鼠中植入 CCP 4周后，CCP组中微血管（vWF⁺）和小动脉（vWF⁺ α-SMA⁺）密度显著增加，M2型巨噬细胞分泌的血管生成因子进一步支持血管形成。免疫荧光和流式细胞术证实，CCP激活WT1⁺心外膜细胞向内皮细胞和周细胞分化，而非成纤维细胞。超声心动图显示，CCP植入2周后射血分数（EF）和缩短分数（FS）显著提高。这些结果表明，PSL/pIL4@pHH CCP通过导电微环境和细胞互作，促进梗死区血管新生和心脏功能恢复。

图6. PSL/pIL4@pHH CCP植入后激活心外膜细胞的上皮-间质转化（EMT）并促进梗死区的血管新生

7. PSL/pIL4@pHH CCP植入有效促进大鼠心肌梗死后的心肌修复

研究发现，植入CCP显著改善大鼠心肌梗死后的心脏修复效果。利用超声心动图、组织学分析系统发现CCP能够显著减少梗死面积，增加心室壁厚度，显著增强左心室前壁收缩活动，提高射血分数（EF）和缩短分数（FS），并逆转左心室扩张。

图7. PSL/pIL4@pHH CCP促进心肌梗死大鼠的心脏修复

小结

本研究开发的功能性PSL/pIL4@pHH CCP通过靶向CCR2^–cRMs的增殖和细胞互作，显著改善心肌梗死后的修复效果。CCP减少CCR2⁺ RMs的募集，抑制炎症浸润，纠正免疫微环境。它促进CCR2^–cRMs与CMs之间的CX43表达，并通过旁分泌信号激活心外膜细胞EMT，促进血管再生。此外，CCP通过调节CCR2^– cRMs/CCR2⁺ RMs的平衡和心脏电传导，恢复了心脏功能。该研究为构建CCR2^– cRMs介导的协同修复微环境提供了新策略，为MI治疗开辟了新途径。