巨噬细胞源V型胶原调控心肌梗死后胶原组装新机制——揭示心脏瘢痕稳定性的早期决定因素

　　本研究针对心肌梗死（MI）后瘢痕形成机制，发现巨噬细胞分泌的V型胶原（Col V）是损伤后最早沉积的纤维胶原，通过调控胶原纤维的初始组装和排列方向，影响瘢痕稳定性。特异性敲除巨噬细胞Col5a1基因导致胶原纤维紊乱、心室扩张和心功能受损，揭示了免疫细胞直接参与ECM构建的新范式，为心脏修复提供了新靶点。

　　

心脏损伤后的修复过程一直被认为是成纤维细胞主导的瘢痕形成过程，但近年来研究发现免疫细胞特别是巨噬细胞在组织修复中扮演着更直接的角色。心肌梗死（Myocardial Infarction, MI）后，哺乳动物心脏通常形成纤维化瘢痕来替代坏死心肌，虽然能维持心脏结构完整性，但由于瘢痕缺乏收缩功能，最终会导致心脏重构和心功能不全。特别有趣的是，新生小鼠在出生后第一天（P1）的心脏仍保持再生能力，而到出生后第七天（P7）则转变为纤维化修复，这种发育窗口期的转变机制至今未明。

在这项发表于《npj Regenerative Medicine》的研究中，Paul R. Riley团队揭示了巨噬细胞通过沉积V型胶原（Collagen V, Col V）在心脏损伤修复中的关键作用。研究人员发现，Col V是心肌梗死后最早沉积的纤维胶原，与巨噬细胞募集同步发生，且早于心肌成纤维细胞活化。通过特异性敲除CD68⁺巨噬细胞中的COL5A1基因，研究人员观察到 nascent瘢痕中胶原纤维排列紊乱，并伴随心室扩张、室壁变薄和心功能受损的趋势。这些发现阐明了巨噬细胞沉积的Col V在急性心肌梗死后阶段建立胶原沉积、排列和瘢痕稳定性中的重要功能。

研究采用的主要技术方法包括：建立新生鼠（P1、P7）和成年鼠心肌梗死模型，通过免疫荧光染色分析胶原沉积时空动态；利用透射电镜（Transmission Electron Microscopy, TEM）观察超微结构；构建巨噬细胞特异性Col5a1敲除小鼠模型（hCD68-CreERT2; Col5a1^fl/fl）；通过超声心动图评估心功能；使用Fibriltool软件分析胶原各向异性。

Collagen deposition in regenerative and fibrotic hearts post-MI

研究人员首先比较了再生性（P1）和纤维化（P7和成年）心脏在不同时间点（4、7、21天）的胶原沉积模式。免疫荧光显示，在损伤后4天（4dpi），P1心脏损伤区几乎检测不到I型胶原（Col I），III型胶原（Col III）表达微弱，而Col V已在梗死区明显沉积。P7心脏中Col I和Col III呈点状聚集，Col V则已形成网状结构。透射电镜显示P1心脏胶原纤维更稀疏松散，而P7心脏胶原纤维更紧密黑暗。

Col V is expressed early in the infarcted area coincident with the acute innate immune response

在损伤后1天（1dpi），Col V已在梗死区沉积，而Col I和Col III尚未检测到。免疫荧光和透射电镜显示Col V与CD68⁺巨噬细胞紧密共定位，且巨噬细胞与胶原纤维密切接触。单细胞RNA测序数据证实巨噬细胞中Col5a1表达上调。

Loss of Col5a1 in macrophages results in increased scar size, pathological remodelling and abnormally assembled collagen fibrils

巨噬细胞特异性Col5a1敲除（Col5a1mKO）导致心室腔显著扩张、瘢痕区域增大。Masson trichrome和picrosirius red染色显示突变心脏胶原纤维波浪状、碎片化且排列紊乱。各向异性分析显示Col5a1mKO心脏胶原纤维排列混乱程度显著增加（CON 0.35±0.04 vs mKO 0.12±0.01）。超声心动图显示突变小鼠射血分数和 fractional area change 从7dpi开始持续降低，舒张末期和收缩末期容积增加。

透射电镜分析显示，在4dpi时，对照组胶原纤维紧密包裹成厚束，而突变组胶原纤维松散紊乱；7dpi时突变组胶原纤维仍呈混乱排列，形成低电子密度区域；到21dpi时，突变组胶原纤维仍密度较低且碎片化。值得注意的是，巨噬细胞Col V缺失并不影响成纤维细胞活化或上皮-间质转化（EMT），但胶原分数有增加趋势。

研究结论表明，巨噬细胞来源的Col V是心脏缺血损伤后立即启动胶原组装和瘢痕形成的关键组分。巨噬细胞在损伤后最早阶段通过沉积Col V建立胶原纤维的超微结构和排列方向，这一功能对于瘢痕稳定性和心脏功能维持至关重要。虽然活化的成纤维细胞可能是Col V的后续来源，但无法补偿巨噬细胞在早期阶段的 essential function。

这项研究的重要意义在于突破了传统认为瘢痕形成 solely 由成纤维细胞介导的范式，揭示了免疫细胞直接参与细胞外基质构建的新机制。巨噬细胞不仅通过调节炎症和清除坏死组织参与修复，还通过直接沉积调控性胶原来指导瘢痕的初始形成。这些发现为理解心脏修复的细胞机制提供了新视角，也为治疗心肌梗死后病理性重构提供了新的潜在靶点。特别是发现巨噬细胞在损伤后24小时内即开始沉积Col V，远早于传统认为的成纤维细胞活化时间点，这表明针对急性期巨噬细胞功能的干预可能影响整个修复过程的结局。