鄧湘寧 王新宇 高煒

缺血性心臟病是世界范圍內(nèi)致死、致殘的主要原因，及時再血管化、恢復(fù)心肌供血可以挽救受損心肌，然而再灌注本身也會導(dǎo)致心肌壞死［1］。探究心肌缺血/再灌注（ischemia/reperfusion，I/R）的病理生理機制， 制訂合理的治療策略一直是國內(nèi)外研究熱點。巨噬細(xì)胞移動抑制因子（macrophage migration inhibitory factor，MIF）家族，包括MIF及其同系物多巴色素互變異構(gòu)酶（D-dopachrome tautomerase， D-DT），也稱為MIF-2，在心肌I/R過程中發(fā)揮重要的作用［1-3］。本文將對MIF家族（MIF、MIF-2）在心肌I/R過程中的調(diào)節(jié)作用及臨床轉(zhuǎn)化進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 MIF家族的基因、結(jié)構(gòu)

人類的MIF、MIF-2基因在第22號染色體長臂（22q11.23）上的保守區(qū)內(nèi)，位置相鄰，均由3個外顯子及2個內(nèi)含子組成，二者不同之處僅在于內(nèi)含子的長度［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組成及周圍電荷情況明顯不同［4］。在二級結(jié)構(gòu)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［偽-（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，可能賦予其獨特的功能特性［5］。功能學(xué)上，MIF、MIF-2以同源三聚體形式存在，形成末端開放的、能與小分子配體結(jié)合的中空筒狀通道結(jié)構(gòu)，X線散射成像顯示二者的三、四級結(jié)構(gòu)高度同源［2-3］。MIF家族的基因和結(jié)構(gòu)是高度保守的，蛋白同源性在人和其他哺乳動物中高達(dá)90%［1-2］，提示其存在重要且不可替代的生物學(xué)功能。

2 MIE家族與心肌I/R

2.1 MIF家族在心臟的表達(dá)和分泌

MIF家族在人體各組織器官廣泛分布［4］。心肌細(xì)胞內(nèi)MIF、MIF-2蛋白的含量十分豐富，是骨骼肌細(xì)胞的10倍，而且MIF-2的表達(dá)高于MIF。心肌細(xì)胞內(nèi)MIF含量隨著年齡的增長而減低［6-8］。

MIF家族具有獨特的非經(jīng)典分泌方式［9］。與大部分細(xì)胞因子需先經(jīng)誘導(dǎo)合成不同，MIF、MIF-2以前體形式大量儲存于心肌細(xì)胞胞質(zhì)細(xì)胞池中，在心肌I/R早期，由受損、壞死的心肌細(xì)胞快速、大量釋放入血，引起循環(huán)MIF、MIF-2水平的急劇升高且二者間存在顯著相關(guān)性［2，6，10］。心源性MIF僅在缺血缺氧的刺激下出現(xiàn)時間和損傷程度依賴性釋放，而當(dāng)心肌細(xì)胞暴露于白介素-1β、腫瘤壞死因子-α等炎性刺激時，心肌細(xì)胞內(nèi)MIF的含量并不減少［2］。隨著心肌I/R時間的延長、心肌壞死程度加重，炎癥細(xì)胞（巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞）成為循環(huán)MIF水平持續(xù)升高的主要來源［6，11-12］，而MIF-2的變化趨勢和來源尚不明確。

2.2 MIF家族在心肌I/R過程中的作用機制

MIF家族主要通過結(jié)合膜表面受體CD74/CD44（同源）以及CXC趨化因子受體（C-X-C chemokine receptor，CXCR）家族的CXCR2、CXCR4和CXCR7（非同源），激活下游信號通路，發(fā)揮生物學(xué)功能；MIF、MIF-2在信號通路的調(diào)控中大多起協(xié)同作用，但仍存在部分差異［2-3］。在感染、腫瘤、自身免疫等病理生理過程中，MIF、MIF-2通常被認(rèn)為是促炎疾病的惡化因子。然而，這一規(guī)律并不絕對，MIF家族與其受體在不同臟器作用機制不同，在同一臟器不同細(xì)胞的表達(dá)、作用機制和生物效應(yīng)也不相同［3］。

在心肌I/R早期，MIF能結(jié)合CD74/CD44，使腺苷酸活化蛋白激酶（adenosine monophosphate activated protein kinase，AMPK）磷酸化改善心肌細(xì)胞能量代謝、激活細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶（ERK）通路、抑制c-JUN氧基末端激酶（JNK）途徑、調(diào)控氧化應(yīng)激等減少心肌細(xì)胞凋亡［1，7，10］；上調(diào)MIF的s-亞硝基化可通過增強細(xì)胞內(nèi)抗氧化作用，使上述的保護作用加倍［13］。隨著缺血時間延長、心肌損傷的程度加重，MIF的這種心臟保護作用消失，開始通過CXCR2/CXCR4通路誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞聚集于壞死心肌、分泌更多的MIF和其他炎癥因子，激活炎癥系統(tǒng)［2，12，14］。

適度的炎癥反應(yīng)對損傷的恢復(fù)是必要的，但過度的炎癥及免疫應(yīng)答會導(dǎo)致心肌細(xì)胞的死亡，擴大心肌梗死面積（infarct size，IS），降低收縮功能，引起心臟纖維化和重構(gòu)［15］。

值得一提的是，MIF-2對CD74同樣具有高度親和力，雖在低濃度情況下生物效能僅為MIF的60%，但結(jié)合速率比MIF高3倍［16］。MIF-2被證實能激活CD74/CaMKK2/AMPK通路，從而減少心肌IS，起到心臟保護作用，其與MIF相比，缺乏與CXCR2結(jié)合所必需的偽-（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具有更強的選擇性心臟保護作用，但相關(guān)研究較少，具體機制仍不明確。

3 MIF家族與不同的心肌I/R形式

MIF、MIF-2在心肌I/R中的作用仍不十分確切，在很大程度上取決于不同的疾病模型、缺血持續(xù)時間和嚴(yán)重程度。

3.1 MIF、MIF-2與急性心肌梗死

急性心肌梗死是臨床中最常見的心肌I/R表現(xiàn)形式。在小鼠冠狀動脈結(jié)扎引起心肌缺血早期， MIF、MIF-2在循環(huán)中濃度顯著升高，在梗死心肌細(xì)胞內(nèi)含量減少，分別使用MIF、MIF-2的中和抗體使心肌I/R早期的IS增加［7，17］。White等［12］還發(fā)現(xiàn)使用MIF中和抗體的小鼠再灌注早期梗死區(qū)域心肌膠原含量明顯減低，而成纖維細(xì)胞密度并無明顯改變，提示MIF在心肌梗死后早期能促進(jìn)心臟修復(fù)；當(dāng)再灌注時間由7 d延長至4周時，MIF基因敲除鼠的心肌細(xì)胞炎癥反應(yīng)和纖維化程度明顯低于WT鼠，提示急性心肌梗死早期心源性MIF、MIF-2可能主要發(fā)揮保護、促進(jìn)修復(fù)的作用，隨著I/R時間的延長，免疫源性MIF激活炎癥反應(yīng)，加重心肌損傷。

急性心肌梗死患者循環(huán)MIF水平遠(yuǎn)高于心絞痛患者及健康對照人群［2］。動態(tài)監(jiān)測行急診介入治療的急性心肌梗死患者循環(huán)MIF水平，發(fā)現(xiàn)其分泌呈“M”形雙峰，第一次達(dá)峰值約發(fā)生于心肌梗死后24 h內(nèi)；而第二次達(dá)峰值約位于心肌梗死后7～14 d，持續(xù)升高來源可能為活化的單核-巨噬細(xì)胞［11-12］。然而，急性心肌梗死患者動態(tài)循環(huán)MIF-2水平尚無相關(guān)研究。

急性心肌梗死早期心源性MIF、MIF-2可能主要發(fā)揮保護、促進(jìn)修復(fù)的作用；隨著心肌I/R時間的延長，免疫源性MIF能顯著激活炎癥反應(yīng)，加重心肌損傷，而MIF-2作用機制仍不明確。

3.2 MIF、MIF-2與體外循環(huán)

大多數(shù)心臟外科手術(shù)需要體外循環(huán)（cardiopulmonary bypass，CBP）維持術(shù)中循環(huán)穩(wěn)定。然而，該過程可造成心臟及其他器官嚴(yán)重的心肌I/R損傷。Stoppe等［18］觀察到CBP支持下行冠狀動脈旁路移植術(shù)（coronary artery bypass grafting，CABG）患者M(jìn)IF水平低于行不停跳CABG患者 ，而肌鈣蛋白、炎性因子水平及需要血管再通的概率更高。多項研究表明，動態(tài)監(jiān)測CBP患者圍術(shù)期MIF、MIF-2及其受體sCD47循環(huán)水平發(fā)現(xiàn)［18-22］：術(shù)中MIF、MIF-2循環(huán)濃度升高遠(yuǎn)早于C反應(yīng)蛋白、降鈣素原、白介素-6等炎癥因子；當(dāng)心臟恢復(fù)灌注時，MIF、MIF-2循環(huán)水平再次飛躍式上升，于CBP撤機后15 min達(dá)峰值，后逐漸回落，術(shù)后24 h內(nèi)回歸基線水平；而循環(huán)sCD74水平則持續(xù)降低；圍術(shù)期循環(huán)MIF升高的程度與心臟停跳持續(xù)時間、機械通氣時間相關(guān)， MIF低水平提示CBP相關(guān)心肌I/R損傷更重、預(yù)后欠佳，術(shù)后也更容易發(fā)生新發(fā)心房顫動、急性腎損傷及相關(guān)的神經(jīng)系統(tǒng)損傷。

3.3 MIF與心搏驟停

心搏驟停后成功復(fù)蘇也是心肌I/R的臨床表現(xiàn)形式之一，合并全身炎癥瀑布反應(yīng)及多器官I/R損傷。心搏驟?；颊咴缙谘h(huán)MIF水平即呈爆發(fā)式升高，是健康人的40倍，也遠(yuǎn)高于急性心肌梗死、行CBP的患者［21，23］。在此過程中，（1）MIF的升高明顯早于其他炎癥因子；（2）發(fā)病早期MIF水平與肌鈣蛋白、乳酸脫氫酶等反映心肌損傷的指標(biāo)相關(guān)，但與炎癥因子不具有相關(guān)性；（3）高水平MIF患者的短期死亡風(fēng)險高［21，23-24］，這提示了心搏驟停早期循環(huán)MIF來源為壞死心肌細(xì)胞，這與上述兩種I/R形式一致。

3.4 MIF與缺血預(yù)適應(yīng)（ischemic preconditioning，IPC）

心肌IPC是指通過各種形式的短周期心肌I/R，預(yù)防并削弱隨后長期、嚴(yán)重的心肌I/R損傷，進(jìn)而減少心律失常、降低死亡率、改善預(yù)后［25］。Ruze等［26］觀察到遠(yuǎn)端IPC能減少WT小鼠的IS，而MIF敲除小鼠的IPC保護作用完全消失，IS較WT鼠增加30%，MIF通過激活再灌注損傷補救激酶、AMPK，促進(jìn)心肌細(xì)胞糖攝取，不僅在遠(yuǎn)端IPC的心肌保護過程中發(fā)揮重要的作用，在其他形式，如異氟烷麻醉誘導(dǎo)IPC的過程中也能減少心肌損傷［26-27］。MIF-2具有可能的高選擇保護功能，其在IPC過程中的作用機制亟待進(jìn)一步研究探討。

4 MIF潛在臨床價值

4.1 生物標(biāo)志物

已有數(shù)個臨床研究證實MIF在急性心肌梗死早期即顯著升高［2，6，28］。Chan等［6］發(fā)現(xiàn)，71%急性心肌梗死患者就診時即有MIF水平升高，但其他心肌標(biāo)志物（肌酸激酶同工酶、肌紅蛋白、肌鈣蛋白）僅有20%～50%，就診單次的MIF水平即能反映IS，而無需動態(tài)監(jiān)測，是遠(yuǎn)期不良預(yù)后的獨立預(yù)測危險因素［6，28］。急性心肌梗死患者心肌梗死后2.5 d的循環(huán)MIF水平與心臟磁共振中反映心肌纖維化指標(biāo)——細(xì)胞外容積呈正相關(guān)［29］。作為新型生物標(biāo)志物，MIF有望用于急性心肌梗死患者早期診斷和危險分層。

4.2 抗MIF抗體、抗CD74抗體

MIF的上游炎癥激活作用促進(jìn)了特異性抑制MIF通路這一藥理學(xué)策略的發(fā)展，主要針對直接拮抗MIF或間接拮抗MIF/CD74，包括抗CD74抗體Milatuzumab（已被批準(zhǔn)用于血液系統(tǒng)腫瘤治療）和人抗MIF單克隆抗體Imalumab（適用于轉(zhuǎn)移性結(jié)腸癌、多發(fā)性骨髓瘤，已經(jīng)完成了二期臨床試驗），MIF與CD74結(jié)合抑制劑RTL1000（適用于系統(tǒng)性硬化，已完成一期臨床試驗）［3］。然而，上述藥物的抗炎作用及安全性主要在惡性腫瘤、自身免疫性疾病患者中被驗證，其針對心肌I/R的預(yù)防有效性，行MIF中和治療合適的時間、劑量、方式仍不明確，需進(jìn)一步研究。

4.3 重組MIF-2、MIF20

MIF/CD74信號通路的心臟保護作用提示，在早期心肌I/R過程中， 增加MIF表達(dá)可能存在獲益。然而，外源性補充MIF后并未減少IS［30］，甚至加重心功能不全［2］，MIF的心肌保護作用是否存在臨床轉(zhuǎn)化價值具有爭議。近期研究表明，與MIF相比，MIF-2在心肌I/R過程中并不存在負(fù)性肌力作用。Qi等［7］觀察到再灌注后靜脈注射重組MIF-2的小鼠，其IS顯著減少80%，心臟收縮功能受損程度輕。急性心肌梗死患者急診經(jīng)皮冠狀動脈介入治療后立即補充重組的MIF-2可能發(fā)揮預(yù)防心肌I/R損傷的作用［3］。MIF20是一種通過與MIF保守的N末端結(jié)合、引發(fā)構(gòu)象變化，促進(jìn)MIF、MIF-2與CD74結(jié)合的活性小分子化合物［1-2］，其小分子結(jié)構(gòu)比重組MIF、MIF-2具有更好的組織滲透能力，便于口服。Wang等［31］在小鼠動物實驗中證實了在心肌I/R早期予以MIF20能減小IS，而MIF20是否為有效的心臟保護策略，有待大型臨床試驗證實。

5 小結(jié)

MIF、MIF-2在心肌I/R過程中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用，相對于其他細(xì)胞因子，具有獨特的分泌方式和雙向作用機制。根據(jù)MIF家族在心肌I/R過程中的作用特點，分階段組合療法可能不失為一個有效的治療方式：在心肌I/R早期謹(jǐn)慎、特異地增強MIF、MIF-2的心臟保護作用，在心肌I/R的晚期炎癥爆發(fā)階段，進(jìn)行特異性MIF中和治療。此外MIF-2在心肌I/R過程中可能的高選擇心臟保護作用具有巨大的臨床轉(zhuǎn)化潛力，但相關(guān)作用機制仍不明確，且缺乏臨床研究的驗證和支持，有待進(jìn)一步研究探討。MIF家族作為未來心肌I/R損傷可能的診療新靶點，仍任重道遠(yuǎn)。