原文信息

Bevan L, Lim ZW, Venkatesh B, Riley PR, Martin P, Richardson RJ. Specific macrophage populations promote both cardiac scar deposition and subsequent resolution in adult zebrafish.Cardiovascular Research, 2020, 116: 1357-1371. DOI: 10.1093/cvr/cvz221

英国布里斯托大学 ｜ 新加坡 A*STAR 分子与细胞生物学研究所 ｜ 新加坡国立大学 ｜ 英国牛津大学

收稿：2019-05-01 ｜ 接受：2019-08-15 ｜ 开放获取（CC BY 4.0）

心肌梗死之后，人类心脏会结一道永久性的疤——僵硬、无功能，并且一步步把心脏推向衰竭。而斑马鱼是个"开挂"的对手：同样是心脏受伤，它先结疤、60 天内再把疤拆得干干净净，心室恢复如初。

炎症应答被认为是"结疤"的推手，可它同时也是修复所必需的。问题就卡在这里：到底是哪些炎症细胞在砌疤？又是谁在拆疤？

这篇 2020 年发表在 Cardiovascular Research 的研究给出了漂亮的答案：是同一群细胞——巨噬细胞——的两个亚型。tnfa⁺ 的负责"点火砌疤"，tnfa⁻ 的负责"灭火拆疤"。

⚡ 结论速览

成年斑马鱼心脏冷冻损伤的炎症剧本与哺乳动物很像：中性粒细胞 6 hpi 打头阵，巨噬细胞随后铺场，T 细胞、嗜酸粒细胞跟进——但斑马鱼在 7–14 dpi 迅速收兵，哺乳动物收不了。

早期清巨噬细胞 → 瘢痕变少；晚期清巨噬细胞 → 瘢痕拆不掉。巨噬细胞两头都要干。

3 dpi 时 91% 的心脏巨噬细胞是 tnfa⁺（促炎）；7 dpi 降到 65%、14 dpi 降到 34%——促炎转抗炎的"换挡"正是瘢痕消退的开始。

Csf1ra 突变鱼：巨噬细胞总数减少、tnfa⁺ 比例骤降、瘢痕几乎不沉积——LPS 可部分挽救。

骨桥蛋白 Opn（*spp1*）双面角色：早期促 Collagen I 沉积（与哺乳动物一致），晚期驱动炎症消退与瘢痕重塑；*spp1* 突变鱼早期疤少、晚期疤拆不掉。

心肌细胞增殖不受这些操作影响——再生和拆疤，是两条可以解耦的赛道。

摘要

对组织损伤的强炎症应答是修复所必需，但瘢痕沉积正是它的直接下游后果。成年斑马鱼既能再生心肌细胞，也能重塑并消退心脏瘢痕，而瘢痕消退的机制仍不清楚。本研究利用稳定转基因、全器官成像与遗传/药理干预，完整刻画了成年斑马鱼心脏损伤的瘢痕与炎症应答：促炎型（tnfa⁺）巨噬细胞促进心脏损伤后的瘢痕沉积，而 tnfa⁻ 巨噬细胞有助于再生中的瘢痕清除。Csf1ra 对促炎型巨噬细胞介导的瘢痕沉积至关重要；多功能细胞因子 Opn（*spp1*）既参与初始瘢痕沉积，又调控炎症消退与晚期胶原重塑。正确平衡的炎症应答，既要在修复期促成瘢痕沉积，又要允许瘢痕消退与完全心脏再生发生。

一、先看剧本：斑马鱼心脏受伤后 60 天发生了什么

作者用液氮冷冻损伤成年斑马鱼心室（比切除更接近人类心梗的"一片坏死"场景），然后用泛白细胞标记 L-plastin 和瘢痕主成分 Collagen I 追踪全程：

• 未损伤心脏：只有零星 L-plastin⁴ 常驻细胞守在心室边缘。

• 3 dpi：炎症与瘢痕双双冲上高峰——白细胞涌入心肌、Collagen I 大量铺陈在伤口附近。

• 7 dpi：白细胞收缩到伤口一线，Collagen I 仍居高不下。

• 60 dpi：疤痕全部拆完，心脏与未损伤鱼无异。

假手术对照组全程无事发生——所有这些动静，都是真实损伤信号召唤来的。

图文摘要 | 本文核心剧情一览

① 心脏冷冻损伤触发炎症反应与 Collagen I 瘢痕化（2–7 dpi 达峰）→ 随后瘢痕消退；② 多种炎症谱系分时登场（中性粒→巨噬细胞→T 细胞/嗜酸粒）；③ tnfa⁺ 促炎巨噬细胞推动瘢痕化，tnfa⁻ 亚群参与 7 dpi 后的瘢痕消退。比例尺与统计方法见原文图 1–7。

图 1 | 心脏冷冻损伤后炎症与瘢痕应答的时间线

A 心脏瘢痕化与瘢痕消退过程示意。B–I L-plastin（白细胞，绿）与 Collagen I（瘢痕基质，红）免疫荧光：未损伤（B,C）→ 3 dpi（D,E）→ 7 dpi（F,G）→ 60 dpi（H,I）。3 dpi 炎症与瘢痕双高峰；60 dpi 全部消退。星号＝心脏瓣膜（未损伤时 Collagen I 的高表达区）；虚线＝损伤范围。

J,K L-plastin⁺ 细胞数与 Collagen I 倍数变化定量：冷冻损伤组在 3、7 dpi 相对假手术显著升高（Kruskal-Wallis/Dunn 检验）。

二、点名：到底是谁来了？

作者调来一整支"荧光部队"，给每种免疫细胞都挂上了灯：

• 中性粒细胞（*mpx:GFP* / *lyz:DsRed2*）：6 hpi 冲到最高点，7 dpi 几乎撤光——标准的"第一响应者"。

• 巨噬细胞（*mpeg1:mCherry* / *c-fms:GFP*）：所有时间点都在场，7 dpi（瘢痕消退启动时）数量反而显著上升；FACS 显示心室 mpeg1⁺ 细胞比例从未损伤的 0.5% 涨到 3 dpi 的 7%。

• T 细胞（*lck:GFP*）：7 dpi 达峰、14 dpi 撤退；嗜酸性粒细胞（*gata2a:GFP*）：早期和 7–21 dpi 都有份。

这套阵容和时间表与哺乳动物高度相似——差别只有一条：斑马鱼 7–14 dpi 之间迅速收兵，炎症转瞬即逝。

图 2 | 各免疫细胞谱系分时主导

A–C 中性粒细胞 6 hpi 达峰、7 dpi 消退；D–F 巨噬细胞全时段在场、7 dpi 显著浸润（大多数同时表达两种报告，D 插图）；G T 细胞 7 dpi 达峰；H,I 嗜酸性粒细胞 6 hpi 与 7–21 dpi 显著募集。

C,F,I 各时间点定量（颜色编码的 n 值；灰色为 L-plastin⁺ 总数参照）——各类细胞之和 ≈ 白细胞总数，说明这支"点名册"基本齐了。虚线＝损伤区域。

三、两次"裁员"，两种结局

巨噬细胞数量最多、又横跨瘢痕沉积与消退两个关键窗口，自然成了头号嫌疑人。作者用氯膦酸盐脂质体做了两次时机不同的"裁员"：

• 方案 A（损伤前一天清场，考察 0–3 dpi）→ Collagen I 明显变少：巨噬细胞参与"砌疤"。

• 方案 B（3 dpi 才清场，考察 3–7 dpi）→ 7 dpi 的 Collagen I 比对照组显著更多、却和对照组 3 dpi 的水平差不多：疤砌起来了，但没人拆——"消退失败"。

一正一反两个实验，把巨噬cell 的双重身份钉死了：它既要点火，也要灭火。

图 3 | 巨噬细胞清除改变 Collagen I 水平

A,B 早期（方案 A）与晚期（方案 B）氯膦酸盐清除流程示意；A′,B′ 两种方案下 c-fms⁺ 巨噬细胞均显著减少。

C–J Collagen I 免疫荧光与定量：早期清除 → 沉积减少（D,H,K）；晚期清除 → 7 dpi 沉积显著增多、消退失败（F,J,K）。

虚线＝损伤区域；比例尺 250 µm。Mann-Whitney 与 Kruskal-Wallis/Dunn 检验。

四、换挡：91% → 65% → 34%，促炎转抗炎的三级跳

巨噬细胞不是铁板一块。用 TgBAC(*tnfa:GFP*) 报告品系监测"促炎开关"：

• 未损伤心脏：几乎没有 tnfa⁺ 细胞。

• 3 dpi：91±2% 的心脏巨噬细胞是 tnfa⁺——与瘢痕沉积高峰完全同步。

• 7 dpi → 65±5%；14 dpi → 34±9%——正是瘢痕消退启动的窗口。

因果验证来了：损伤时打一针 LPS，把 tnfa⁺ 状态强行延长到 7 与 14 dpi → Collagen I 显著多于对照，疤拆不掉了（巨噬细胞总数不变，只是"表情"变了）。

也就是说，促炎不是问题，"关不掉的促炎"才是问题——巨噬细胞按时从 tnfa⁺ 切到 tnfa⁻，瘢痕消退才能发车。

图 4 | tnfa⁺ 巨噬细胞应答损伤；LPS 拖住"促炎挡位"

A,B TgBAC(*tnfa:GFP*) 鱼损伤后 tnfa⁺ 细胞时间进程：1、3 dpi 极显著升高，7 dpi 回落。

C–F′ 双转基因鱼心室尖部：未损伤几乎没有 tnfa⁺mpeg1⁺ 细胞（D）；3 dpi 大量红绿重叠（E）；7 dpi 明显减少（F）。D′–F′ 为单通道与合并放大图。

G tnfa⁺ 巨噬细胞比例：3 dpi 91±2% → 7 dpi 65±5% → 14 dpi 34±9%；LPS 处理使 7、14 dpi 比例显著维持高位。

J–LLPS 组 7 与 14 dpi 的 Collagen I 显著高于对照（J），14 dpi 切面对比一目了然（K vs L）。比例尺：A,C,K,L＝250 µm；D–F,H,I＝50 µm。

五、Csf1ra：给巨噬细胞"上妆"的化妆师

*csf1ra*^j4e1/j4e1 突变鱼提供了遗传学证据。这个品系里：

• 全心室巨噬细胞总数显著减少（3、7 dpi）——但损伤部位的巨噬细胞数量与对照相当，说明剩下的细胞照样能到位。

• 到位的巨噬细胞"化不了妆"：tnfa⁺ 比例从野生型的 91% 掉到 58%，Collagen I 沉积随之锐减。

• 打一针 LPS 把 tnfa⁺ 比例拉回 81% → Collagen I 沉积同步回升，瘢痕应答被部分挽救。

反向操作也成立：损伤时给野生型打促抗炎极化的 重组 IL10，tnfa⁺ 比例压到 58%、Collagen I 同步减少——完美复现 csf1ra 突变鱼表型。

一句话：Csf1ra 负责把巨噬细胞调到促炎挡位；没有这个挡位，斑马鱼连疤都砌不起来。而 7 dpi 的增殖检测显示各组心肌细胞增殖无差异——疤痕这台戏，和心肌细胞再生那条线是分开排的。

图 5 | csf1ra 为心脏巨噬细胞的正确募集与促炎表型所必需

A–D 7 dpi：*csf1ra* 突变体全心室巨噬细胞显著减少（C），损伤部位数量正常（D）。

E–H 3 dpi 损伤部位 tnfa⁺ 巨噬细胞比例：野生型 91% → *csf1ra*⁻/⁻ 58%±3%；LPS 部分挽救至 81±3%；IL10 处理野生型同样压到 58±7%。

I–LCollagen I 沉积随 tnfa⁺ 比例同涨同落：*csf1ra*⁻/⁻ 减少，LPS 挽救后回升（I）。比例尺：A,B,J–L＝250 µm；E–G＝100 µm。

六、Opn：哺乳动物里的"促疤分子"，在斑马鱼干了三份工

骨桥蛋白（Opn，*spp1*）在哺乳动物里是响当当的促纤维化因子——炎症下游、驱动纤维化。作者构建了 TgBAC(*spp1:mCherry*) 报告品系和 *spp1* 敲除鱼，结果发现它在斑马鱼心脏里是个"三面手"：

• 第一份工（砌疤）：*spp1* 突变鱼 3、7 dpi 的 Collagen I 显著少于野生型——Opn 促沉积，与哺乳动物一致。

• 第二份工（换挡）：*spp1* 在 7 dpi 的 spp1⁺ 巨噬细胞显著增多——与 tnfa⁺ 的下降正好互补；*spp1* 突变鱼 3、7 dpi 的 tnfa⁺ 巨噬细胞显著偏高，而巨噬细胞总数正常——Opn 是 tnfa⁺→tnfa⁻ 换挡的操盘手。损伤部位 LPS 处理会压低 spp1⁺ 巨噬细胞，进一步提示 spp1⁺ 是偏抗炎的那群。

• 第三份工（拆疤）：28 与 60 dpi，*spp1* 突变鱼的瘢痕（Collagen I 与 AFOG 双重确认）显著多于野生型——早期疤少，晚期疤拆不掉。同时 7、14 dpi 的 L-plastin⁺ 细胞显著偏多——炎症收不了场。

顺带一提：*spp1* 表达在两类细胞上——c-fms⁺ 巨噬细胞亚群和 c-fms⁻ 的心肌成纤维细胞亚群。

最扎心的结论在这：*spp1* 突变鱼和 *csf1ra* 突变鱼的心肌细胞增殖都与野生型无异——细胞再生的引擎没坏，但疤拆不掉，再生就交不了工。瘢痕清除是心脏完全再生的先决条件。

图 6 | spp1 表达于心脏损伤后的一个巨噬细胞亚群

A 14 dpi 头部：*spp1* 在颅面骨骼的表达（阳性对照）。B–D 成体双转基因心脏：*spp1*（红）特异表达于 3 dpi 损伤部位，与 c-fms（绿）部分共定位。

E–H 心室尖部：未损伤几乎没有 spp1⁺ 巨噬细胞，7 dpi 显著增加（H 定量）。I 另一群 spp1⁺/c-fms⁻ 细胞（箭头），很可能是心肌成纤维细胞。

J–O LPS 处理显著减少 spp1⁺ 巨噬细胞（M）——spp1⁺ 是偏抗炎的亚群。比例尺见原图注。

图 7 | spp1 缺失：早期疤少、晚期疤多、炎症拖堂

A Collagen I 定量：*spp1*⁻/⁻ 在 3、7 dpi 显著低于野生型，28、60 dpi 反超。B–I Collagen I 与 AFOG 染色双重确认晚期消退失败。

J–L7、14 dpi 的 L-plastin⁺ 细胞显著偏多——炎症应答收不了场。

M–O 3、7 dpi 损伤部位 tnfa⁺ 巨噬细胞显著偏高，而巨噬细胞总数正常（P）——表型转换失败，不是细胞没到位。

虚线＝损伤区域；比例尺见原图注。Mann-Whitney 检验。

七、一张表看懂：谁在什么时候干什么

时间窗主角任务与证据0–3 dpi 砌疤期tnfa⁺ 巨噬细胞91% 促炎；早期清除或 *csf1ra*⁻/⁻ 或 IL10 → Collagen I 减少；LPS 挽救 → 沉积回升3–7 dpi 换挡期tnfa⁺→tnfa⁻ 转换91%→65%；spp1⁺ 巨噬细胞同步上升；Opn 缺失则换挡失败（tnfa⁺ 高位滞留）7–14 dpi 消退期tnfa⁻ 巨噬细胞34% 促炎；晚期清除 → 消退失败；*spp1*⁻/⁻ → 白细胞撤场延迟、28/60 dpi 瘢痕残留全程旁路中性粒 → T 细胞 → 嗜酸粒与哺乳动物同套剧本；差别只在斑马鱼 7–14 dpi 迅速收兵

一句话点评

过去我们习惯把炎症和纤维化捆在一起骂。这篇论文把镜头拉近了一格：问题从来不是"有没有炎症"，而是"炎症会不会按时谢幕"。tnfa⁺ 巨噬细胞是必要的施工队——没有它们，Collagen I 都铺不起来；真正的病灶是它们没能按时换装成 tnfa⁻。

对哺乳动物心脏而言，这提供了一条新的治疗思路：与其全面压制炎症，不如帮巨噬细胞"按时换挡"——Opn 这类既能控炎又能促消退的因子，正是值得押注的方向。

而斑马鱼那句冷冰冰的事实仍然成立：心肌细胞再生的引擎再强，瘢痕不拆，房子就交不了工。

译者说明：本文为学术论文中文译稿之导读与图解版，仅用于学习与学术交流；所有实验数据、结论与观点均归属原作者（Bevan et al., Cardiovasc Res 2020;116:1357-1371），如需引用请以英文原文为准。

图片来源：原文图文摘要与图 1–7（© The Author(s) 2019, Oxford University Press，CC BY 4.0）。

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