肝臟巨噬細胞極化與非酒精性脂肪性肝病的關(guān)系

邵小娟，陳東風

第三軍醫(yī)大學大坪醫(yī)院野戰(zhàn)外科研究所消化內(nèi)科，重慶 400042

巨噬細胞是天然免疫系統(tǒng)中最重要的組成部分。巨噬細胞在不同器官形態(tài)學上的表現(xiàn)型有所不同，廣泛存在肝臟、脾、肺、腸和大腦細胞基質(zhì)和多種細胞中。巨噬細胞主要通過其組成成分誘導細胞吞噬作用，同時分泌的不同產(chǎn)物，包括細胞因子、生長因子和代謝產(chǎn)物等環(huán)節(jié)對機體產(chǎn)生影響。它們在獲得性免疫中促進組織修復，主動防御并參與許多疾病發(fā)生發(fā)展。

1 巨噬細胞生物學功能及機制

巨噬細胞參與了體內(nèi)的天然免疫和獲得性免疫。在天然免疫中，主要通過吞噬作用殺滅和清除病原體及異物，并介導炎癥反應(yīng);它能有效地阻止細菌及寄生蟲入侵，其機理主要為:通過受體介導的吞噬作用及通過釋放TNF-α、氧代謝產(chǎn)物及蛋白酶類殺傷及清除細菌和寄生蟲［1］。它作為專職的抗原遞呈細胞(antigenpresenting cells，APCs)，在獲得性免疫中，發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)及抗原遞呈功能。通過主要組織相容體復合體(major histocompatibility complex，MHC)Class Ⅰ及Class Ⅱ［2］，機體一旦出現(xiàn)病原感染及組織損害，激活的巨噬細胞將會釋放細胞因子及炎癥趨化因子以抵御感染及修復組織。巨噬細胞的功能涉及定向遷移、識別、吞噬和殺傷等環(huán)節(jié)。

2 巨噬細胞的分型及作用

人們對巨噬細胞最早的研究源于80年代，學者們從人類單核淋巴系統(tǒng)和鼠類腹膜巨噬細胞的研究中發(fā)現(xiàn)通過IL-4的調(diào)節(jié)可以引起巨噬細胞極化。同時，IL-4、IL-13等細胞因子因其抑制巨噬細胞中TNF和IL-6的產(chǎn)生，被認為其主要作用是抗炎［3］。

目前，極化的巨噬細胞廣義分成兩類:(1)經(jīng)典活化型或Ⅰ型即M1型;(2)替代活化型或Ⅱ型即M2型。巨噬細胞表型的不同取決于受體的表達、細胞因子的產(chǎn)生和功能。巨噬細胞在不同刺激下會轉(zhuǎn)化成不同的類型。早在1970年代，經(jīng)典活化M1型被描述為Ⅰ型炎癥細胞因子的產(chǎn)物［4］。巨噬細胞在體內(nèi)通過GM-CSF、IFN-γ和內(nèi)毒素脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)，被經(jīng)典的誘導成M1型巨噬細胞，M1型巨噬細胞是促炎的效應(yīng)物，能表達炎癥介質(zhì)，比如IL-12、TNFα、CC 化學增活素和NO 合成酶及IL-6等，表達高水平的MHC 分子，促進組織損傷及殺傷腫瘤細胞等。M2型巨噬細胞通過M-CSFs 誘導，在TH2 因子的刺激下，被M-CSF 誘導的巨噬細胞發(fā)生極化，通過免疫復合物、IL-4、IL-10、IL-13、慢性病毒及皮質(zhì)醇激素等使它們分化成M2型。M2的作用與M1 相反，能在炎癥下調(diào)、組織修復、組織殘骸的清除、凋亡小體及誘導血管再生中發(fā)揮重要作用。M-CSF 誘導的M2型巨噬細胞可進一步極化，通過IL-4/IL-13、免疫復合物或IL-10 使它們完全地分化成不同的亞型，分別為M2a、M2b和M2c，這些亞型有不同的細胞表面特征，能分泌不同的免疫介質(zhì)。最近的研究表明，M2型巨噬細胞分泌的細胞因子能促進血管新生因子的產(chǎn)生，它們的主要作用為組織修復和再生。同時，M2 巨噬細胞在組織修復和寄生蟲防御中起到關(guān)鍵作用［5］。腫瘤相關(guān)的巨噬細胞普遍顯示出M2 表型，并認為通過下調(diào)免疫和促進血管發(fā)生的作用促進腫瘤生長［6］。

3 肝臟Kupffer 細胞的生物學功能及作用

肝臟巨噬細胞由定植肝臟的Kupffer 細胞和炎性巨噬細胞組成。Kupffer 細胞是定居肝臟最多的一種巨噬細胞，主要位于肝竇，其生理結(jié)構(gòu)有利于與外周血液接觸，有利于清除體內(nèi)細菌等病原物質(zhì)，因此，Kupffer 細胞具有產(chǎn)生細胞因子、炎癥介質(zhì)及抗原遞呈等多種作用，該細胞參與了體內(nèi)的多種免疫原性及免疫耐受反應(yīng)［7］。在生理條件下，Kupffer 細胞不僅能非特異地吞噬和清除外周血中的細菌和異物等抗原性物質(zhì)，而且還具有特異性的免疫應(yīng)答、抗感染、抗腫瘤、內(nèi)毒素解毒、調(diào)節(jié)微循環(huán)及改善物質(zhì)代謝等方面的作用。Kupffer 細胞一般在體內(nèi)處于靜息狀態(tài)，在受到病原體及細胞因子的刺激下被激活。在病理條件下，Kupffer細胞可被LPS和TNF等激活，釋放TNF-α、轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factor，TGF)、IFN、IL-1、IL-6、活性氧(reactive oxygen species，ROS)和NO等炎性介質(zhì)，這些炎性介質(zhì)均參與了肝損傷的發(fā)生與發(fā)展。同時，Kupffer 細胞表面具有許多與免疫反應(yīng)相關(guān)的功能受體和蛋白，如IgG Fc 受體(包括CD64、CD32和CD16)、補體受體(包括補體受體-1、補體受體-3和補體受體-4)、甘露糖受體、Ia 抗原以及其他表面分子如CD13、CD15、CD68等，這些分子是參與肝細胞損傷的重要蛋白。因此，學者們認為在肝細胞損傷中，Kupffer細胞的激活程度與肝細胞損害程度呈正相關(guān)。

4 巨噬細胞極性與肥胖的關(guān)系

研究發(fā)現(xiàn)巨噬細胞與肥胖是有密切關(guān)系的。在肥胖大鼠及人類脂肪組織中，巨噬細胞明顯增加，并且這些巨噬細胞的數(shù)量也與肥胖程度呈正相關(guān)［8］。在動物實驗中，M2 激活受損的大鼠，通過高脂飲食更容易誘導肥胖和胰島素抵抗(insulin resistance，IR)［9］，并且肥胖大鼠抗炎的M2型巨噬細胞是減少的，促炎的M1型巨噬細胞是增加的［10］。有研究表明，在人類脂肪組織中的巨噬細胞，M1/M2 表型轉(zhuǎn)化和細胞因子表達的特點與飲食或肥胖誘導有關(guān)［11］。

巨噬細胞極性能被TH 細胞明確。通過Th1 產(chǎn)生的細胞因子、IL-2、IFNγ、TNFα和分泌的細胞因子，能誘導產(chǎn)生M1型巨噬細胞，從而引起細胞免疫和炎癥。Th2 細胞分泌的IL-4和IL-13，能誘導M2型巨噬細胞減少炎癥介質(zhì)產(chǎn)生，同時控制FFA 氧化［12］。M1 促炎的巨噬細胞產(chǎn)生細胞因子，誘導了IR和前脂肪細胞及脂肪細胞的炎癥［13］。巨噬細胞在肥胖受試者的脂肪組織含量更高，主要原因是與胰島素抵抗相關(guān)的炎癥介質(zhì)增加，比如TNFα等。脂肪細胞及巨噬細胞都能釋放細胞因子及化學增活素，如TNFα、IL-6、CCL2、IL-1β、MIF。其中TNFα、IL-6 顯示與糖尿病與IR 有關(guān)［14］。因此，巨噬細胞的極性轉(zhuǎn)化與肥胖有密切聯(lián)系。M1型巨噬細胞促進了肥胖的發(fā)展，M2型巨噬細胞可以抑制肥胖的發(fā)展。促炎的M1 與抗炎的M2 在內(nèi)臟脂肪中的平衡是肥胖相關(guān)IR及代謝異常的關(guān)鍵因素。

5 Kupffer 細胞的異常與非酒精性脂肪性肝病的關(guān)系

肝臟組織中固有的巨噬細胞是肝臟產(chǎn)生炎癥介質(zhì)的根源，肝臟Kupffer 細胞是肥胖和IR中炎癥介質(zhì)的核心細胞。有學者對細針肝穿刺活檢標本進行研究，發(fā)現(xiàn)正常肝臟的Kupffer 細胞呈梭型，散在分布于肝竇;而NASH患者肝臟中的Kupffer 細胞則主要聚集在中央靜脈周圍，形態(tài)增大變圓，胞內(nèi)可見濃染的溶菌酶顆粒。T 細胞在門脈區(qū)和纖維間隔僅輕度增加，B 細胞則無變化。因此，研究者認為Kupffer 細胞是NASH發(fā)病中最主要的免疫細胞［15］。

脂肪變性和脂肪性肝炎被認為是NAFLD的突出表現(xiàn)，肝細胞的脂質(zhì)聚集是NAFLD 形態(tài)學的一個重要特點，與巨噬細胞極化有密切關(guān)系。在NAFLD中，肝組織脂類的多少和組成的改變可能通過許多機制調(diào)節(jié)了肝細胞內(nèi)多種物質(zhì)的生物活性［16］。首先，脂質(zhì)過載的肝細胞的空間占用效應(yīng)可能導致竇狀灌注受損。在微血管的炎癥反應(yīng)下，白細胞陷入狹窄的竇狀間隙可能增加參與的Kupffer 細胞數(shù)量。第二，Kupffer 細胞可能通過與細胞表面的受體及胞內(nèi)的炎癥介質(zhì)接觸，調(diào)節(jié)炎癥通路和IR。第三，質(zhì)膜中脂質(zhì)的不規(guī)則沉積可能改變脂質(zhì)的結(jié)構(gòu)區(qū)域和細胞表面受體功能。改變的脂質(zhì)成分當遇到線粒體的游離膽固醇可能也會影響細胞內(nèi)膜的功能［17］。最終，豐富的或異常的脂質(zhì)可能影響脂肪肝細胞的識別，從而促進Kupffer 細胞的極化［18］。當進入肝臟或合成的脂質(zhì)超過了脂質(zhì)本身氧化或脂質(zhì)輸出，使其在肝細胞中聚集，產(chǎn)生脂肪變性。脂肪細胞誘導TNF-α的水平增高，會進一步抑制脂聯(lián)素的活性［19］。脂聯(lián)素活性的降低，通過增加脂肪酸吸收、抑制其氧化以及減少脂質(zhì)輸出，使肝細胞發(fā)生脂肪變性。貯留的脂肪酸進而啟動肝細胞中NF-κB 信號，誘導NF-κB 敏感基因，最終使各種炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生增加。肝臟NKT 細胞的消耗引起的抗炎TH2 細胞因子相對缺乏，使肝臟長期處于促炎的環(huán)境［20］，其持續(xù)釋放炎癥介質(zhì)，如IL-6，可以引起機體系統(tǒng)性的IR。TNF-α、IL-8可促進肝臟的氧化應(yīng)激，從而使肝細胞發(fā)生凋亡，并且招募炎癥細胞進入肝臟［21］。當肝臟抗氧化和抗凋亡的防御系統(tǒng)不能阻止肝細胞的死亡和炎癥細胞的聚集時，則預示著脂肪性肝炎(nonalcoholic steatohepatitis，NASH)的出現(xiàn)。在 NAFLD中，在Kupffer 細胞中PPARδ的作用被脂肪酸調(diào)節(jié)［22］，從內(nèi)臟脂肪組織產(chǎn)生的FFA和被氧化低密度脂蛋白通過TLR的激活促進了M1 轉(zhuǎn)化，PPARδ 則促進了M2 轉(zhuǎn)化。有研究表明，在NAFLD中，脂肪變性促進了細胞因子平衡的TH1 極化有利的免疫或巨噬細胞的經(jīng)典活化［23］。在NAFLD中TH1 免疫反應(yīng)起主要作用，促進了Kupffer 細胞的M1 激活［24］。大鼠中Kupffer 細胞的M1 激活對肝臟的脂肪變性有促進作用［25］。在NASH中，Kupffer 細胞增加了硬脂酸向精氨酸轉(zhuǎn)變的比率，從而促進NASH 向肝纖維化發(fā)展。

膽固醇代謝的改變可能直接影響了Kupffer 細胞的功能。因此，高脂飲食喂養(yǎng)LDL 受體缺陷的大鼠很快導致了顯著的肝臟炎癥?！芭菽瓲睢盞upffer 細胞的存在促成了脂蛋白的清除，可能誘導了早期的炎癥反應(yīng)［26］。學者們根據(jù)這些發(fā)現(xiàn)推測人類NAFLD的發(fā)生也存在類似的變化，提示膽固醇代謝異常的重要性。PPAR-α、PPAR-γ、PPAR-σ和肝臟X 受體家族LXR-α、LXR-β 是細胞核激素受體轉(zhuǎn)錄因子超家族的成員，等同于復雜的基因代謝程序［27］。PPAR-γ 在肝細胞內(nèi)可以促進脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)［28］，同時PPAR-γ 促進了M2 激活增加了胰島素敏感性。細胞核激素受體識別相關(guān)的脂質(zhì)代謝對巨噬細胞M2 激活被認為是針對NAFLD的治療方法［29］。

巨噬細胞及M1和M2的相互轉(zhuǎn)化在多種疾病，特別是肥胖和炎癥相關(guān)的疾病中起到了重要的因素。促炎的M1 與抗炎的M2 在內(nèi)臟脂肪中的平衡是肥胖相關(guān)IR 代謝異常的重要環(huán)節(jié)。M2 巨噬細胞有可能成為治療代謝疾病、肥胖、脂肪肝的新靶點。

［1］Bayón LG，Izguierdo MA，Sirovich I，et al.Role of Kupffer cells in arresting circulating tumor cells and controlling metastatic growth in the liver［J］.Hepatology，1996，23(5):1224-1231.

［2］Lehner PJ，Cresswell P.Recent developments in MHC-class-I-mediated antigen presentation［J］.Curr Opin Immunol，2004，16(1):82-89.

［3］Gordon S，Martinez FO.Alternative activation of macrophages:mechanism and functions［J］.Immunity，2010，32(5):593-604.

［4］Holt MP，Cheng L，Ju C.Identification and characterization of infiltrating macrophage in acetaminophen-induced liver injury［J］.J Leukoc Biol，2008，84(6):1410-1421.

［5］Hirata Y，Tabata M，Kurobe H，et al.Coronary atherosclerosis is associated with macrophage polarization in epicardial adipose tissue［J］.J Am Coll Cardiol，2011，58(3):248-255.

［6］Gocheva V，Wang HW，Gadea BB，et al.IL-4 induces cathepsin protease activity in tumor-associated macrophages to promote cancer growth and invasion［J］.Genes Dev，2010，24(3):241-255.

［7］Wiegard C，F(xiàn)renzel C，Herkel J，et al.Murine liver antigen presenting cells control suppressor activity of CD4+CD25+ regulatory T cells［J］.Hepatology，2005，42(1):193-199.

［8］Weisberg SP，Hunter D，Huber R，et al.CCR2 modulates inflammatory and metabolic effects of high-fat feeding［J］.J Clin Invest，2006，116(1):115-124.

［9］Odegaard JI，Ricardo-Gonzalez RR，Goforth MH，et al.Macrophagespecific PPARgamma controls alternative activation and improves insulin resistance［J］.Nature，2007，447(7148):1116-1120.

［10］Lovren F，Pan Y，Quan A，et al.Adiponectin primes human monocytes into alternative anti-inflammatory M2 macrophages［J］.Am JPhysiol Heart Circ Physiol，2010，299(3):H656-H663.

［11］Maina V，Sutti S，Locatelli I，et al.Bias in macrophage activation pattern influences non-alcoholic steatohepatitis(NASH)in mice［J］.Clin Sci (Lond)，2012，122(11):545-553.

［12］Fuentes L，Roszer T，Ricote M.Inflammatory mediators and insulin resistance in obesity:role of nuclear receptor signaling in macrophages［J］.Mediators Inflamm，2010，2010:219583.

［13］Lacasa D，Taleb S，Keophiphath M，et al.Macrophage-secreted factors impair human adipogenesis:involvement of proinflammatory state in preadipocytes［J］.Endocrinology，2007，148(2):868-877.

［14］Olefsky JM，Glass CK.Macrophages，inflammation，and insulin resistance［J］.Annu Rev Physiol，2010，72:219-246.

［15］Lefkowitch JH，Haythe JH，Regent N.Kupffer cell aggregation and perivenular distribution in steatohepatitis［J］.Mod Pathol，2002，15(7):699-704.

［16］Farrell GC，Teoh NC，McCuskey RS.Hepatic microcirculation in fatty liver disease ［J］.Anat Rec (Hoboken)，2008，291 (6):684-692.

［17］Federico A，D’Aiuto E，Borriello F，et al.Fat:a matter of disturbance for the immune system［J］.World J Gastroenterol，2010，16(38):4762-4772.

［18］Maher JJ，Leon P，Ryan JC.Beyond insulin resistance:Innate immunity in nonalcoholic steatohepatitis ［J］.Hepatology，2008，48(2):670-678.

［19］Masaki T，Chiba S，Tatsukawa H，et al.Adiponectin protects LPSinduced liver injury through modulation of TNF-alpha in KK-Ay obese mice［J］.Hepatology，2004，40(1):177-184.

［20］Li Z，Oben JA，Yang S，et al.Norepinephrine regulates hepatic innate immune system in leptin-deficient mice with nonalcoholic steatohepatitis［J］.Hepatology，2004，40(2):434-441.

［21］Chaldakov GN，Stankulov IS，Hristova M，et al.Adipobiology of disease:adipokines and adipokine-targeted pharmacology ［J］.Curr Pharm Des，2003，9(12):1023-1031.

［22］Odegaard JI，Ricardo-Gonzalez RR，Red Eagle A，et al.Alternative M2 activation of Kupffer cells by PPARdelta ameliorates obesity-induced insulin resistance［J］.Cell Metab，2008，7(6):496-507.

［23］Gordon S.Alternative activation of macrophages［J］.Nat Rev Immunol，2003，3(1):23-35.

［24］Neyrinck AM，Cani PD，Dewulf EM，et al.Critical role of Kupffer cells in the management of diet-induced diabetes and obesity［J］.Biochem Biophys Res Commun，2009，385(3):351-356.

［25］Rivera CA，Adegboyega P，van Rooijen N，et al.Toll-like receptor-4 signaling and Kupffer cells play pivotal roles in the pathogenesis of nonalcoholic steatohepatitis［J］.J Hepatol，2007，47(4):571-579.

［26］Wouters K，van Gorp PJ，Bieghs V，et al.Dietary cholesterol，rather than liver steatosis，leads to hepatic inflammation in hyperlipidemic mouse models of nonalcoholic steatohepatitis［J］.Hepatology，2008，48(2):474-486.

［27］Sugden MC，Holness MJ.Role of nuclear receptors in the modulation of insulin secretion in lipid-induced insulin resistance［J］.Biochem Soc Trans，2008，36(Pt 5):891-900.

［28］Younossi ZM.Review article:current management of non-alcoholic fatty liver disease and non-alcoholic steatohepatitis ［J］.Aliment Pharmacol Ther，2008，28(1):2-12.

［29］Rigamonti E，Chinetti-Gbaguidi G，Staels B.Regulation of macrophage functions by PPAR-alpha，PPAR-gamma，and LXRs in mice and men ［J］.Arterioscler Thromb Vasc Biol，2008，28 (6):1050-1059.