急性心肌炎是一种少见但危及生命的心脏炎症性疾病，尤其以暴发性心肌炎表现最为凶险，常由冠状病毒、流感病毒及细小病毒B19等病毒感染所致，是青年运动员猝死的第三大心血管原因。然而，目前缺乏有效的精准靶向治疗手段，严重威胁患者生命安全，已成为临床治疗的一大难题。为应对这一紧迫挑战，亟需深入阐明其发病机制，推动干预策略的创新与转化。

2025年8月5日，哈尔滨医科大学附属第二医院心血管病医院院长、心内科主任于波教授、张毛毛教授团队和哈尔滨医科大学校长季勇教授团队在急性心肌炎研究领域取得重要进展，在美国心脏协会(AHA)主办的国际心血管病学顶级期Circulation发表了题为“Single-cell multi-omics identifies a specialized cytotoxic and migratory CD8⁺ effector T cells in acute myocarditis”的研究论文，首次系统描绘了急性心肌炎患者外周血免疫细胞的单细胞多组学图谱，鉴定出一类克隆扩增的、与心肌炎高度相关的CD57⁺CD8⁺效应T细胞亚群，具备显著的细胞毒性与迁移能力，揭示其由上游IL-18信号驱动、通过诱导心肌细胞凋亡介导组织损伤的致病机制。该研究以单细胞分辨率深入解析了急性心肌炎的免疫致病路径，提出新的干预策略与潜在靶点，为精准治疗急性尤其是暴发性心肌炎奠定了坚实的理论基础。 

研究团队于2022年12月至2023年11月期间前瞻性纳入40例急性心肌炎患者，并对首月入组的前15例(涵盖轻型与暴发型病例)开展scRNA-seq、scTCR-seq、CyTOF及Olink蛋白组学分析，从急性期与恢复期两个时间点系统研究免疫特征与致病机制。相关发现与研究假设在整个急性心肌炎队列中得到验证。研究共获得30余万个高质量外周血单个核细胞(PBMCs)，识别出7类主要免疫细胞类型。分析显示，急性心肌炎患者外周血CD8⁺效应性T细胞密度显著升高，伴随强烈的转录组变化，其中与细胞毒性和迁移相关的基因及通路显著上调，提示该亚群可能在急性心肌炎的免疫损伤过程中发挥关键作用。 

为探究CD8⁺ T细胞在急性心肌炎中的作用，亚群重聚类分析共识别出16个功能状态各异的CD8⁺ T细胞亚群。结果显示，大多数效应性T细胞亚群主要或特异富集于急性心肌炎中，显著富集病毒性心肌炎相关通路，提示其可能为关键致病细胞群体。轨迹分析揭示，CD8⁺ T细胞存在两种分化轨迹：一条向心肌炎相关效应T细胞发展，伴随细胞毒性与迁移能力增强；另一条则趋向于对照组富集亚群，具有抗原呈递和T细胞耗竭特征。进一步筛选发现，CD57 (B3GAT1编码)是唯一与所有心肌损伤指标显著相关的跨膜蛋白。基于B3GAT1的表达水平，将CD8⁺ T细胞亚群分为CD57^-和CD57⁺亚群，后者又可细分为轻型和暴发型相关富集亚群。CD57⁺CD8⁺ T细胞高表达细胞毒性、脱颗粒与趋化分子，且低表达耗竭相关标志物。值得注意的是，暴发型相关的CD57⁺亚群展现更强的致病性特征。此外，功能相似的CD57⁺CD8⁺ T细胞亦可在免疫检查点抑制剂(ICI)相关心肌炎的外周血中检测到，提示其在多种类型心肌炎中可能具有共同致病作用。而在心力衰竭、心肌梗死、COVID-19、流感及系统性红斑狼疮等疾病中，未发现具有类似特征的CD57⁺CD8⁺ T细胞，提示该亚群可能为心肌炎特异性的致病性T细胞群体。 

轨迹分析显示，CD57⁺CD8⁺效应T细胞在轻型与暴发性心肌炎中呈现连续分化轨迹，由CD57^-初始状态依次向轻型富集CD57⁺亚群、最终过渡至暴发型富集CD57⁺亚群。该过程中细胞毒性与迁移相关基因持续上调，提示免疫激活和组织募集随着疾病进展而逐步增强。转录组比较进一步发现，暴发型相关CD57⁺亚群显著上调自然杀伤(NK)样受体基因，尤其是KLRC2，并富集NK细胞相关信号通路。NK样特征与细胞毒性和迁移通路呈正相关，提示NK样程序可能增强其致病能力。该特征亦在ICI相关心肌炎中得到验证。

ScTCR-seq分析显示，CD57⁺CD8⁺ T细胞在心肌炎中发生大规模克隆性扩张。与克隆性CD57^-亚群及非克隆性CD57⁺ T细胞相比，克隆性CD57⁺CD8⁺ T细胞表现出更强的细胞毒性、迁移能力及NK样特征，同时耗竭程度较低。综合上述结果表明，CD57⁺CD8⁺效应T细胞在心肌炎发作后经历显著克隆扩张并获得增强的效应功能，可能在介导心肌组织损伤过程中发挥关键致病作用。

流式细胞术证实心肌炎患者外周血中CD57⁺CD8⁺ T细胞显著增加，尤其暴发性患者中KLRC2⁺CD57⁺CD8⁺ T细胞频率更高，且GZMB与CD107a表达上升，提示其细胞毒性增强。PCR证实该亚群表达高水平的细胞毒性、迁移和NK样基因，耗竭标志则较低，迁移实验亦显示其趋化能力增强。免疫组化和心脏单细胞核RNA测序结果提示，类似功能的CD57⁺CD8⁺效应T细胞存在于心脏组织。损伤心肌组织中CD57⁺CD8⁺ T细胞及CD68⁺髓系细胞显著增多，CellChat分析显示其与心肌细胞及血管平滑肌细胞间趋化和细胞毒性配对显著增强，提示其参与心肌炎局部损伤过程。功能实验显示，CD57⁺CD8⁺ T细胞可诱导心肌细胞凋亡、活性氧增加及凋亡基因(Bax、PUMA)表达上调，该过程可被GZMB抑制剂逆转，支持其通过GZMB介导细胞毒性。研究最终提示，CCL4/CCL5-CCR5轴可能驱动致病性CD57⁺CD8⁺ T细胞向心脏组织浸润，介导GZMB依赖性的心肌损伤。 

Olink蛋白组学分析揭示，心肌炎患者尤其是暴发型病例呈现明显的系统性高炎症状态，共有60种细胞因子在暴发性心肌炎中达到最高表达。ClueGO通路分析显示，这些因子显著富集于JAK-STAT信号通路、白细胞迁移和T细胞增殖相关过程。其中，IL-18被鉴定为JAK-STAT信号的关键枢纽因子，并与CD57⁺CD8⁺ T细胞比例及B3GAT1表达呈强正相关，提示其可能是驱动该亚群分化的核心上游信号。体外验证实验表明，心肌炎患者血清可诱导健康供体CD57⁺CD8⁺ T细胞分化，且该效应可被IL-18中和显著阻断。重组IL-18亦可增强该亚群的细胞毒性与迁移能力，而其他常见促炎因子不具此效应。综上，研究表明IL-18驱动高度细胞毒性与趋化的CD57⁺CD8⁺效应T细胞分化，可能是该致病过程的关键免疫调控因子。 

为了探索细胞因子的主要来源，研究团队基于相关基因表达计算细胞因子和炎症评分，发现暴发性心肌炎患者呈现系统性高炎症状态，且主要由髓系细胞驱动。进一步亚群分析将髓系细胞划分为四类，其中CXCL8⁺CD14⁺单核细胞(Mon_C3)炎症评分最高，并在暴发性心肌炎中特异性扩增。流式细胞术验证其在外周血中的显著富集，且该亚群比例与多种促炎因子的血浆水平密切相关，提示其为暴发性心肌炎中细胞因子风暴的关键来源。转录调控分析(SCENIC)显示，该亚群具有高度活化的NF-κB信号特征，上游转录因子如NFKB1及其下游靶基因显著上调。综上，CXCL8⁺CD14⁺单核细胞通过NF-κB驱动的促炎程序介导炎症因子释放，可能在暴发性心肌炎中系统性炎症的维持与放大中发挥核心作用。

考虑到IL-18在诱导CD57⁺CD8⁺效应T细胞分化中的关键作用，以及CXCL8⁺CD14⁺单核细胞在暴发性心肌炎中比例随病情加重而升高，研究推测该亚群可能通过炎症因子调控T细胞功能表型。细胞互作分析显示，CXCL8⁺CD14⁺单核细胞与CD57⁺CD8⁺ T细胞之间的HLA-E-KLRC2及IL-18–IL18R1信号显著增强，表明CXCL8⁺CD14⁺单核细胞通过IL-18与HLA-E介导的先天-适应性免疫互作，驱动CD57⁺CD8⁺ T细胞活化，可能是心肌炎促炎反应放大的重要机制。 

为了探究CD57⁺CD8⁺ T细胞及CXCL8⁺CD14⁺单核细胞是否在暴发性心肌炎小鼠中的存在，研究团队在A/J小鼠中建立了CVB3诱导的暴发性心肌炎模型。CyTOF分析显示，心脏及外周血中CD57⁺CD8⁺ T细胞显著增多，伴随细胞毒性(GZMB/PRF1/CD107a)、趋化(CX3CR1/CCR4)和活化(CD69)标志物表达上调，免疫荧光与流式细胞术进一步证实其心脏浸润。感染心脏中与其相关的细胞毒性与趋化基因亦显著上调。与此同时，CXCL2⁺LY6C⁺单核/巨噬细胞在心脏中显著扩增，呈现出高度活化的促炎特征及增强的NF-κB信号活性。血浆中IL-18水平升高，提示其在CD57⁺CD8⁺ T细胞分化中的关键作用具有保守性。综上，该动物模型成功复现了CD57⁺CD8⁺ T细胞及CXCL2⁺LY6C⁺单核细胞在心肌炎中的致病特征，与人类多组学结果高度一致，进一步确证其在疾病发生发展中的关键作用。 

最后，研究团队验证了CD57⁺CD8⁺效应T细胞的致病作用，并探索其干预靶点。IL-18阻断剂IL18BP显著改善FM小鼠的生存率、体重和心功能，减少心脏炎症浸润。IL18BP还抑制了CD57⁺CD8⁺ T细胞在心脏的浸润及其细胞毒性与趋化基因的表达。CCR5抑制剂Maraviroc亦可显著缓解心功能损害和炎症浸润，特异减少CD57⁺CD8⁺ T细胞募集，提示CCL4/CCL5-CCR5轴参与其迁移。进一步在CCR2^-/-小鼠中诱导病毒性心肌炎，结果显示促炎性单核细胞的耗竭显著改善心功能，降低IL-18水平及CD57⁺CD8⁺ T细胞浸润。综上，靶向CD57⁺CD8⁺ T细胞的分化与迁移，或阻断上游促炎单核细胞的募集，均可有效减轻心肌炎的炎症损伤，展现出重要的干预潜力与转化前景。 

综上所述，本研究通过多组学分析识别出一类具备高细胞毒性与迁移能力的克隆扩增的CD57⁺CD8⁺效应T细胞，可能是急性心肌炎的关键致病亚群。其致病表型由IL-18驱动激活，并通过CCL4/CCL5介导迁移。同时，该亚群NK样表型的获得以及CXCL8⁺CD14⁺单核细胞引发的炎症风暴，可能共同推动暴发性心肌炎的进展。最后，靶向阻断促炎单核细胞、IL-18及CCR5相关轴线，可显著缓解暴发性心肌炎进展。本研究为急性，尤其是暴发性心肌炎的早期诊断与精准治疗提供了关键资源与重要理论支撑。 

哈尔滨医科大学附属第二医院于波教授、张毛毛教授和哈尔滨医科大学季勇教授为本文共同通讯作者。哈尔滨医科大学附属第二医院童中华博士、闫相煜博士、陈涛教授和宋潍均硕士为本文共同第一作者。该工作还得到了哈尔滨医科大学徐娟教授的指导和帮助。该项研究获得国家自然科学基金、黑龙江省重点研发计划和哈尔滨医科大学‘少帅揭榜’等项目资助。

原文链接：

https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCULATIONAHA.125.073836

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