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为探究心肌炎发病机制，柏林相关机构研究人员开展新冠感染、疫苗接种后及非新冠心肌炎研究，揭示细胞与分子变化，助力诊疗。
在新冠疫情的大背景下，新冠病毒（SARS-CoV-2）对人体健康的影响备受关注。人们发现，新冠感染不仅会引发呼吸系统症状，还可能累及心血管系统，导致急性心脏损伤，其中，心肌炎就是一种较为严重的并发症。同时，新冠疫苗接种后也有极少数人出现心肌炎症状。然而，无论是新冠感染还是疫苗接种引发的心肌炎，其背后的细胞和分子机制却一直迷雾重重。对于传统的非新冠心肌炎，人们也尚未完全掌握其详细的发病机制。这些未知不仅给临床诊断和治疗带来了极大的挑战，也让科研人员迫切地想要揭开其中的奥秘。
为了深入探究这些问题，柏林的研究人员展开了一项意义重大的研究。他们通过对不同类型心肌炎患者的研究，试图揭示这些疾病背后的关键机制。这项研究成果为理解心肌炎的发病过程提供了关键线索，也为后续的诊断和治疗策略的制定指明了方向，相关研究发表于Nature Communications 期刊。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术：
- 单细胞 RNA 测序（snRNA-seq）技术：从患者的左心室心肌内膜活检（EMB）组织中分离细胞核，进行单细胞 RNA 测序，以分析不同细胞类型的基因表达变化。
- 免疫组织化学染色技术：对 EMB 组织进行免疫组织化学染色，检测免疫细胞的浸润情况。
- 生物信息学分析方法：运用多种生物信息学分析方法，对测序数据进行处理和分析，包括细胞聚类分析、差异基因表达分析、基因集富集分析等。
研究结果如下：
- 患者队列和临床表现：研究队列包括 8 例 “经典” 淋巴细胞性心肌炎患者（Non-COVID-19）、10 例新冠感染后出现急性心肌炎症状的患者（Post-COVID-19）、4 例接种新冠疫苗后出现急性心肌炎症状的患者（Post-Vaccination）、2 例患有多系统炎症综合征（MIS-C）且有急性心肌炎症状的患者以及 18 例健康对照者的左心室（LV）组织。所有患者都出现胸痛、心悸、发热等症状，且心脏损伤标志物和 C 反应蛋白（CRP）水平升高。免疫组织化学染色显示，所有患者均有广泛的间质巨噬细胞浸润，部分患者还存在淋巴细胞性心肌炎。
- 心肌组织成分的心肌炎相关变化：通过 snRNA-seq 分析，研究人员共鉴定出 10 种主要细胞类型。与健康心脏相比，Post-COVID-19 和 Post-Vaccination 患者的髓系细胞比例增加，所有患者组的淋巴细胞比例均增加，Non-COVID-19 和 Post-COVID-19 患者的内皮细胞显著扩增。MIS-C 患者的免疫细胞比例增加，治疗后免疫细胞数量明显减少。
- 不同的细胞因子和炎症小体表达特征：研究发现，患者组中促炎细胞因子基因 TNF 和 IFNG 表达增加，其中 IFNG 在淋巴细胞中表达，在 Post-COVID-19 和 MIS-C 组中尤为升高。Post-Vaccination 组中 IL16 和 IL18 表达独特增加，且炎症小体相关基因表达最高。基因集富集分析（GSEA）显示，Post-COVID-19 组中多个细胞类型的 IFNγ 信号通路相关基因集上调。
- 髓系细胞的扩张和组成变化：研究人员鉴定出 9 种巨噬细胞状态、2 种单核细胞状态、2 种常规树突状细胞状态和 1 种增殖性巨噬细胞状态。在 Non-COVID-19、Post-COVID-19 和 Post-Vaccination 组中，髓系细胞组成发生了相似的显著改变，如 LYVE1hiMHCIIlo 巨噬细胞减少，LYVE1loMHCIIhi 巨噬细胞增加等。MIS-C 患者的髓系细胞组成变化与其他组不同，单核细胞比例大幅增加，且富含 DCN 表达的增殖性巨噬细胞。
- Post-COVID-19 和 Post-Vaccination 患者中不同的淋巴细胞反应：淋巴细胞亚群分析显示，Non-COVID-19 和 Post-Vaccination 组中 CD4+ T 细胞与 CD8+ T 细胞的比例较高，而 Post-COVID-19 和 MIS-C 组中 CD8+ T 细胞占主导。Post-COVID-19 组中 CD8+ T 细胞的激活标志物和细胞毒性分子 PRF1 表达更高，且存在高度活化的 CD16+CD8+ T 细胞（CD8T_act_effector）。此外，研究还发现心肌细胞和内皮细胞等非免疫细胞在心肌炎中 MHC-I 相关分子表达变化，可能与细胞毒性淋巴细胞的作用有关。
- 心肌细胞中 HIF1A 和 VEGFA 表达升高：研究人员并未观察到与体外研究中感染 SARS-CoV-2 的诱导多能干细胞衍生心肌细胞（iPSC-derived CMs）相匹配的转录反应。对心肌细胞（CMs）亚群分析发现，所有患者组中 vCM6 比例增加，Post-COVID-19 组中 vCM5 比例增加。同时，所有患者组的 CMs 中 HIF1A 和 VEGFA 表达均显著上调，这两个基因与缺氧反应和血管生成相关。
- 血管细胞中的促血管生成和炎症基因表达：对血管细胞（内皮细胞和壁细胞）进行亚聚类分析，鉴定出多种细胞状态，包括具有不同功能的内皮细胞和壁细胞状态。所有患者组中，血管细胞比例发生改变，如经典 PC1 和抗血管生成 PC1.1 比例下降，动脉 EC5 比例增加等。同时，所有患者组的内皮细胞中 NFKBIA 表达降低，JAM2 和 JAM3 表达上调，且 Post-COVID-19 患者的部分血管细胞中 IFNγ 信号通路相关基因集上调。
- 血管生成相关的细胞间通讯增加：通过 CellChat 分析，研究人员发现所有患者组中从 CMs 到 ECs 的 VEGFA 信号增加，同时还存在其他血管生成相关信号通路的变化，如 ANGPT、EPHB 和 NOTCH 信号等，这些信号通路在血管生成、血管稳定和免疫细胞招募等方面发挥重要作用。
- 纤维化相关的基因表达谱：虽然研究未发现患者组中总成纤维细胞（FB）数量显著增加，但患者组中胶原基因表达增加，表明 FB 获得了分泌表型。对 FB 亚聚类分析发现，不同患者组中 FB 状态发生改变，如 vFB1.1 和 vFB3 比例下降，vFB4 和 vFB5 比例增加等。此外，研究还发现 TGFB 信号通路在不同患者组中的变化，以及不同细胞类型对 TGFB1 和 TGFB2 表达的贡献差异。
在讨论部分，研究人员指出，该研究首次提供了非新冠淋巴细胞性心肌炎、新冠感染后心肌炎和新冠疫苗接种后心肌炎患者在疾病急性期的单细胞分辨率分析。研究结果突出了 IFNG 在新冠感染后心肌组织中的重要作用，以及 IL16 和 IL18 表达上调是疫苗接种后心肌炎症的标志。同时，研究还发现了不同类型心肌炎患者在免疫细胞、血管细胞和纤维化相关方面的共性和差异。然而，该研究也存在一定的局限性，如样本量有限、患者临床异质性较大、无法确定感染 / 接种与入院时间间隔的影响等。
尽管如此，这项研究为深入理解心肌炎的发病机制提供了重要依据，有助于推动针对新冠感染后和疫苗接种后炎症性心肌病的机制研究，进而改善治疗方法，制定预防策略和更准确的诊断方法。它为未来的研究指明了方向，期待后续研究能够进一步揭示心肌炎的奥秘，为心血管疾病的防治带来新的突破。
