心肌炎中纤维连接蛋白张力丧失：细胞外基质（ECM）重塑的新机制与心脏功能障碍的关联

本刊推荐：为解决心肌炎(MC)后细胞外基质(ECM)重塑机制不明的问题，研究人员开展了关于纤维连接蛋白(FN)纤维张力变化的研究。利用新型张力探针FnBPA5和二次谐波成像(SHG)技术，发现FN纤维张力丧失是MC和炎症后纤维化的固有特征，且与巨噬细胞浸润及心脏功能恶化相关，为心肌炎诊疗提供了新型机械生物学标志物。

　　

心肌炎是一种由病毒、细菌感染或自身免疫反应引起的心肌炎症性疾病，其病理过程复杂，临床表现多样，部分患者可完全康复，而另一些患者则可能进展为扩张型心肌病(DCM)或慢性炎症性心肌病(DCMi)，最终导致心力衰竭。尽管目前对心肌炎的免疫细胞浸润和心肌细胞损伤有了较多认识，但细胞外基质(ECM)在疾病过程中的动态变化及其对疾病转归的调控作用仍不清楚。ECM不仅是心脏的结构支架，还参与调控细胞行为、炎症反应和组织修复。纤维连接蛋白(FN)是ECM中的重要成分，其纤维的张力状态可能影响ECM的组装、细胞信号传导和组织力学环境。然而，在心肌炎过程中，FN纤维的张力是否发生改变，以及这种改变如何影响疾病进展，尚未有研究涉及。

为了回答这些问题，由Krishna Chander Sridhar、Julia Mehl、Karin Klingel等来自德国柏林健康研究所—夏里特医学院Julius-Wolff-Institute的研究团队在《Matrix Biology Plus》上发表了一项研究，首次在人类心肌炎和炎症后纤维化组织中探究了FN纤维张力的变化，并分析了其与免疫细胞浸润、纤维化沉积及心脏功能的相关性。

研究人员主要应用了几项关键技术：首先，他们使用了左心室心内膜心肌活检组织样本（来自39例患者，包括急性心肌炎(MC)21例、COVID-19疑似心肌炎4例、扩张型心肌病(DCM)6例和炎症性扩张型心肌病(DCMi)12例）；其次，利用特异性张力敏感探针——纤维连接蛋白结合肽FnBPA⁵（可选择性结合松弛状态的FN纤维）进行免疫荧光染色，以识别张力丧失的FN纤维；第三，采用二次谐波成像(SHG)显微镜可视化胶原纤维沉积；第四，通过免疫组化分析巨噬细胞(CD68⁺)和T细胞(CD3⁺)的浸润情况；最后，结合临床病理数据、心脏功能参数（如射血分数(EF)、左心室舒张末期内径(LVEDD)）和血液标志物（如肌钙蛋白T(TnT)、N末端脑钠肽前体(NT-proBNP)等）进行相关性分析。

研究结果部分，通过一系列实验得出以下结论：

免疫组化分析显示心肌炎患者心内膜活检中存在CD68⁺巨噬细胞和CD3⁺ T细胞。在所有患者组中均观察到免疫细胞浸润，其中MC组巨噬细胞和T细胞数量最高，DCM组最低，COVID-19组存在高度异质性。

临床组织病理学和心功能数据显示患者组间差异及血液参数高度异质性。MC组射血分数(EF)显著高于DCM和DCMi组，而左心室舒张末期内径(LVEDD)在DCM和DCMi组显著增大，提示心室扩张。血液标志物如TnT、NT-proBNP和hsCRP在各组内变异较大，反映了炎症状态和疾病阶段的差异。

发炎心肌组织 across患者组显示主要ECM重塑伴纤维连接蛋白纤维张力显著丧失。使用FnBPA⁵探针检测发现，健康心脏中FN纤维处于高张力状态，而所有患者组均出现FN纤维张力丧失的特定区域。在急性炎症期(MC)，松弛的FN纤维区域与浸润的巨噬细胞密切接近；在扩张心脏中，巨噬细胞浸润密度较低的区域，松弛的FN纤维附近可见厚的胶原I/III纤维束（通过SHG成像）和肌成纤维细胞，提示纤维化ECM微环境。

发炎心肌组织 across患者组显示二次谐波成像(SHG)探测到增强的纤维状胶原沉积。SHG显微镜显示所有患者组均存在胶原纤维沉积，在DCM和DCMi组中含量较高。组织学分析显示，松弛FN纤维区域常与胶原纤维束局部共存，尤其在DCM组中，所有存在松弛FN纤维的样本均伴有SHG阳性胶原纤维束，表明晚期疾病中FN纤维松弛与纤维化相关。

纤维连接蛋白纤维张力丧失见于急性炎症期巨噬细胞附近以及扩张心脏纤维化病变旁。空间邻近性分析显示，在巨噬细胞密集区域（定义为CD68⁺像素平均百分比>0.2% per grid），松弛FN纤维与巨噬细胞在距离≤5.4μm范围内显著相关，提示炎症活动与FN张力丧失密切相关。在一些组织中，FN纤维松弛也出现在纤维化病变附近，与αSMA⁺肌成纤维细胞和胶原沉积共定位，表明FN张力丧失可能持续到纤维化阶段。

纤维连接蛋白纤维张力丧失与血液免疫细胞计数增加和心功能恶化相关。相关性分析显示，在急性MC组，松弛FN纤维含量与血液炎症标志物CRP水平正相关(r=0.63)；在DCM组，松弛FN纤维和胶原含量与射血分数(EF)负相关(r=-0.83和-0.60)，与心衰标志物NT-proBNP正相关(r=0.80)；在DCMi组，巨噬细胞密度与心肌损伤标志物CK-MB强烈相关(r=0.97)。这些结果表明，FN纤维张力改变与心脏功能障碍和疾病进展有潜在关联。

研究结论与讨论部分强调，FN纤维张力丧失是心肌炎ECM重塑的一个内在特征，见于急性炎症和纤维化阶段，可能与免疫细胞浸润、蛋白酶活性（如MMP-2/MMP-9）及胶原沉积相互作用有关。FN张力丧失可能通过改变其结合位点的可及性（如组织转谷氨酰胺酶(TG2)和白细胞介素7(IL-7)的亲和力）影响细胞信号传导和免疫调节，从而参与疾病进展。尽管研究存在样本异质性等限制，但发现表明FN纤维张力可能作为一种新型的机械生物学标志物，有助于区分心肌炎的不同阶段和亚型，未来或可用于改善诊断和预后评估。

总之，该研究首次在人类心肌炎中揭示了FN纤维张力的病理变化，为理解ECM力学属性在心脏炎症和纤维化中的作用提供了新视角，也为开发靶向ECM机械环境的治疗策略奠定了基础。