慢性肝病患者肝組織巨噬細(xì)胞功能變化研究新進(jìn)展*

徐 玲綜述,任 鋒審校

肝臟巨噬細(xì)胞在維持肝臟甚至整個(gè)機(jī)體穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著巨大作用。肝臟巨噬細(xì)胞不僅負(fù)責(zé)清除由門靜脈回流至肝臟的細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物,而且還監(jiān)視組織整體的失衡并根據(jù)機(jī)體需要引發(fā)或終止免疫應(yīng)答[1]。我們將闡述肝臟巨噬細(xì)胞的不同類型以及在不同肝臟疾病中所發(fā)揮的作用。

1 肝臟巨噬細(xì)胞的分類

肝臟中存在不同種類的巨噬細(xì)胞,主要包括定居于肝臟中的庫普夫細(xì)胞以及聚集在受損肝組織中由單核細(xì)胞衍生的巨噬細(xì)胞。庫普夫細(xì)胞是肝臟中數(shù)量最大的固有免疫細(xì)胞,具有自我更新能力,是可耐受抗原的巨噬細(xì)胞,由單核細(xì)胞衍生的巨噬細(xì)胞通常具有免疫原性。

定居在肝臟的巨噬細(xì)胞被稱為庫普夫細(xì)胞,它沿著肝竇內(nèi)皮細(xì)胞生長,不僅作為清道夫清除各種病原體[2],還與膽紅素和功能鐵的代謝有關(guān)[3]。庫普夫細(xì)胞起源于CD115+的紅系髓系前體細(xì)胞,具有自我更新能力。在小鼠,庫普夫細(xì)胞的特征性分子包括F4/80,CD11b/CD68,和C型凝集素域家族4成員F表面表型[4],也表達(dá)多種TOLL樣受體。庫普夫細(xì)胞通常陰性表達(dá)CX3CR1,但可以表達(dá)其他大部分巨噬細(xì)胞的表面標(biāo)志。人類庫普夫細(xì)胞最常用的標(biāo)記是CD14和CD68分子。

單核細(xì)胞衍生的巨噬細(xì)胞主要位于健康肝臟的匯管區(qū),也參與鐵代謝和膽紅素代謝[5]。造血干細(xì)胞首先發(fā)育為CD16+CD32+的粒單系前體細(xì)胞[6],進(jìn)一步分化為巨噬細(xì)胞樹突狀細(xì)胞前體細(xì)胞,再分化為表達(dá)KIT+CSF1R+LY6C+的一般單核細(xì)胞前體細(xì)胞[7],最終完成分化的骨髓來源的單核細(xì)胞的標(biāo)志是CSF1R+CD11b+LY6C+。在小鼠,外周血中存在兩種單核細(xì)胞,一種是LYC6+單核細(xì)胞,特征分子標(biāo)志是CCR2+CX3CR1+CD43-;另一種是LYC6-的單核細(xì)胞,特征分子標(biāo)志是CX3CR1+CCR2-CD43+[8]。人類單核細(xì)胞是通過CD14和CD16分子的表達(dá)來分類的,大多數(shù)人的單核細(xì)胞是CD14HICD16-和CD14-CD16HI,它們的基因表達(dá)結(jié)構(gòu)分別與小鼠的LY6C+和LY6C-單核細(xì)胞相對應(yīng)[9]。

2 巨噬細(xì)胞亞群之間的相互作用

庫普夫細(xì)胞是專門的吞噬細(xì)胞,負(fù)責(zé)清除肝竇中的微生物和代謝廢物,維持免疫耐受,監(jiān)視組織損傷并及時(shí)激活促炎級聯(lián)反應(yīng)[10]。在適當(dāng)刺激下,它們可以產(chǎn)生大量的細(xì)胞因子、趨化因子和其他的生物活性分子[11]。在健康的肝臟中也存在單核細(xì)胞,它們在肝組織損傷時(shí)可以被快速地募集到損傷部位成熟為巨噬細(xì)胞。單核細(xì)胞衍生的巨噬細(xì)胞形成了功能和表型獨(dú)特的肝臟巨噬細(xì)胞亞群[12]。庫普夫細(xì)胞群體的生長通常依賴于自我更新,但是,如果庫普夫細(xì)胞在肝損傷期間被耗盡,單核細(xì)胞衍生的巨噬細(xì)胞可以在組織中承擔(dān)庫普夫細(xì)胞的角色并且獲得庫普夫細(xì)胞的表型。

巨噬細(xì)胞功能具有高度可塑性。當(dāng)病原體入侵機(jī)體時(shí),巨噬細(xì)胞分化為M1并分泌大量的炎癥因子趨和化因子,發(fā)揮促炎作用,吞噬病原體;同時(shí),機(jī)體微環(huán)境中的炎癥因子誘導(dǎo)M2型巨噬細(xì)胞的分化,M2的主要功能是避免機(jī)體的過度損傷,促進(jìn)傷口愈合和纖維化。目前研究表明,在脂多糖、INF-γ、IL-12的刺激下巨噬細(xì)胞活化為經(jīng)典活化的巨噬細(xì)胞,即M1;而在IL-3、IL-14刺激下,分化為替代活化型巨噬細(xì)胞,即M2,M2又進(jìn)一步分為M2a、M2b、M2c。巨噬細(xì)胞的極化是一個(gè)復(fù)雜又精密的過程,受到多種信號分子的調(diào)節(jié),不同的巨噬細(xì)胞之間可以相互轉(zhuǎn)化。肝臟微環(huán)境似乎是決定巨噬細(xì)胞極化狀態(tài)的重要因素[13]。

因?yàn)榫奘杉?xì)胞位于肝竇內(nèi)皮細(xì)胞的腔側(cè),所以它容易與肝臟中或循環(huán)中的多種免疫細(xì)胞相互作用。例如,人類的庫普夫細(xì)胞與自然殺傷細(xì)胞通過由TLR介導(dǎo)的IL-10或IL-1β的分泌相互作用,分別控制自然殺傷細(xì)胞的沉默或激活[14];也可以通過程序性死亡蛋白1和程序性死亡蛋白1配體的相互作用調(diào)節(jié)T細(xì)胞的命運(yùn);還可以通過分泌IL-10和PGE-2,誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞[15]。因此,肝巨噬細(xì)胞的極化不僅受到肝細(xì)胞的調(diào)節(jié),也通過與周圍免疫細(xì)胞的相互作用來調(diào)節(jié)。

3 肝臟巨噬細(xì)胞識別危險(xiǎn)信號

庫普夫細(xì)胞的重要功能之一就是對損害肝組織的各種因素進(jìn)行持續(xù)的監(jiān)視[16]。在肝細(xì)胞發(fā)生損傷后,巨噬細(xì)胞發(fā)揮促炎作用有兩種模式,包括危險(xiǎn)相關(guān)分子模式和病理相關(guān)分子模式。在肝臟中,前者的啟動大多是由于肝細(xì)胞的損傷,識別信號包括ATP、尿酸、膽固醇等[17];而后者的識別信號多數(shù)來自腸道滲出的脂多糖和鞭毛蛋白。ATP在庫普夫細(xì)胞中通過P2X7介導(dǎo)的途徑引發(fā)NLRP3炎癥小體依賴的應(yīng)答,在體內(nèi)或體外均可引起IL-1β、PGE2、HMGB1的釋放[18]。肝臟發(fā)生缺血再灌注損傷時(shí)也能觀察到肝臟巨噬細(xì)胞中炎癥小體的激活,可能是由活性氧類物質(zhì)介導(dǎo)[19],TLR4介導(dǎo)的HMGB1和TLR9介導(dǎo)的組蛋白引發(fā)了炎癥小體的激活。細(xì)菌感染和慢性肝臟損傷也可以在庫普夫細(xì)胞中見到炎癥小體[20]。最近的一項(xiàng)研究表明,人類庫普夫細(xì)胞還可以形成針對細(xì)菌或病毒的特異性炎癥小體。

但是,有的分子引起肝臟巨噬細(xì)胞的活化并不是通過形成炎癥小體。例如,介導(dǎo)肝臟炎癥的中間介質(zhì)IL-33和富含組氨酸的糖蛋白。應(yīng)激肝細(xì)胞和非實(shí)質(zhì)性細(xì)胞釋放IL-33,并介導(dǎo)表達(dá)IL-33受體ST2的ILC2s細(xì)胞募集[21],發(fā)揮保護(hù)功能。在小鼠,損傷的肝細(xì)胞在局部釋放血漿蛋白HRG,引起前炎癥巨噬細(xì)胞極化。急性肝損傷后,由TLR4介導(dǎo)的IL-1β的釋放的乳酸鹽是一種負(fù)性炎癥調(diào)控因子。由此可見,由多種分子機(jī)制確保肝巨噬細(xì)胞對肝損傷做出敏感并且快速的應(yīng)答,從而精確地調(diào)控肝臟中的炎癥和免疫反應(yīng)。

4 肝臟巨噬細(xì)胞在肝病中的作用

4.1 肝巨噬細(xì)胞的抗菌防御作用 肝臟的血供來自于門靜脈、肝動脈以及肝臟中的特殊的毛細(xì)血管結(jié)構(gòu)-肝血竇。庫普夫細(xì)胞聯(lián)合血小板以及其他的非實(shí)質(zhì)性細(xì)胞(例如內(nèi)皮細(xì)胞和中性粒細(xì)胞)共同發(fā)揮作用促進(jìn)細(xì)菌清除。在蠟狀芽孢桿菌和金黃色葡萄球菌引起的小鼠全身性感染時(shí),庫普夫細(xì)胞將血小板聚集起來,將細(xì)菌有效的清除,防止小鼠發(fā)生敗血癥。但是,庫普夫細(xì)胞不是只有抗菌作用。最近一項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)金黃色葡萄球菌可以在庫普夫細(xì)胞中持續(xù)復(fù)制[22],從而有效地逃避中性粒細(xì)胞對它的清除,即庫普夫細(xì)胞可以作為金黃色葡萄球菌的潛在儲存庫。

在肝臟疾病后期,抗菌防御機(jī)制嚴(yán)重受損,肝硬化患者細(xì)菌感染的幾率很高,引起不良臨床后果和高死亡率[23]。在肝病患者,特別是急性肝衰竭患者,腸道滲出增加、菌群失調(diào)、庫普夫細(xì)胞的抗菌能力削弱,都增加了內(nèi)毒素血癥的發(fā)生概率。急性肝衰竭患者不僅全身炎癥因子水平升高[24],并且可以在循環(huán)中檢測到巨噬細(xì)胞活化的標(biāo)志物[25],包括可溶性的CD163和甘露糖受體。而且,肝巨噬細(xì)胞在體內(nèi)的抗菌防御中起著核心作用,不僅清除體循環(huán)中的細(xì)菌和真菌,并且對后續(xù)的免疫應(yīng)答發(fā)揮精確的調(diào)控。因此,肝臟損傷后巨噬細(xì)胞的激活不僅影響肝臟疾病的進(jìn)展,也可以改變整體的抗菌防御的機(jī)制。

4.2 巨噬細(xì)胞在急性肝損傷中的作用 急性肝衰竭患者的特征是廣泛的肝細(xì)胞損傷,從而引起的肝功能嚴(yán)重受損。對不同類型小鼠急性肝損傷模型的細(xì)胞和分子級聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行了分析,盡管激活巨噬細(xì)胞的分子通路不同,但巨噬細(xì)胞對各種損傷類型的應(yīng)答是一致的。原則上講,庫普夫細(xì)胞在損傷的初期做出應(yīng)答,隨之發(fā)生單核細(xì)胞浸潤,并成熟為巨噬細(xì)胞。不僅庫普夫細(xì)胞活化后分泌大量細(xì)胞因子和趨化因子[26],肝星狀細(xì)胞、肝竇內(nèi)皮細(xì)胞和肝細(xì)胞也可以在肝損傷期間分泌化學(xué)因子[27]。

LY6C+單核細(xì)胞具有高度可塑性,在小鼠的急性肝損傷模型中同時(shí)具有促炎和抗炎的功能[28]。對乙酰氨基酚誘導(dǎo)肝損傷后,剛滲出的LY6C+單核細(xì)胞表達(dá)PRR以及多種細(xì)胞因子和化學(xué)因子,發(fā)揮促炎作用[29]。在肝臟壞死的區(qū)域,LY6C+單核細(xì)胞成熟為LY6C-巨噬細(xì)胞,促進(jìn)血管結(jié)構(gòu)的恢復(fù),參與死亡細(xì)胞的吞噬和細(xì)胞外基質(zhì)的重組。

4.3 巨噬細(xì)胞在非酒精性和酒精性肝病中的作用 慢性肝損傷的特征是肝纖維化、肝硬化、肝細(xì)胞癌的逐漸發(fā)展。巨噬細(xì)胞在慢性肝損傷炎癥的發(fā)展過程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。非酒精性脂肪肝患者長期嚴(yán)重肝細(xì)胞脂肪變性引起肝細(xì)胞死亡,釋放大量的DAMPs,從而激活巨噬細(xì)胞。此外,肝細(xì)胞脂肪變性導(dǎo)致庫普夫細(xì)胞中亮氨酸拉鏈表達(dá)下調(diào),也促進(jìn)庫普夫細(xì)胞轉(zhuǎn)向促炎表型。但是,庫普夫細(xì)胞通過分泌IL-10或誘導(dǎo)促炎巨噬細(xì)胞的凋亡而發(fā)揮抗炎作用。小鼠脂肪肝模型顯示,肝臟中聚集的巨噬細(xì)胞主要是來自于滲出的單核細(xì)胞,并且其釋放細(xì)胞因子促進(jìn)炎癥級聯(lián)反應(yīng),激活其他免疫細(xì)胞,誘導(dǎo)參與脂質(zhì)代謝和易位的轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá),促進(jìn)細(xì)胞凋亡。人類脂肪肝的特征之一是促炎巨噬細(xì)胞在門靜脈周圍聚集,特別是在纖維化和肝硬化的階段,表明單核細(xì)胞浸潤是非酒精性脂肪肝發(fā)生發(fā)展的重要機(jī)制[30]。同樣,巨噬細(xì)胞也可以將信號反饋給肝細(xì)胞并且對疾病進(jìn)程產(chǎn)生直接影響。

4.4 巨噬細(xì)胞在乙型肝炎和丙型肝炎中的作用 在世界范圍內(nèi),HBV和HCV是導(dǎo)致肝病死亡的重要因素[31]。在感染病毒后,單核細(xì)胞迅速聚集到肝臟中,其數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過肝臟中的庫普夫細(xì)胞。在病毒感染的慢性階段,肝臟巨噬細(xì)胞同時(shí)有保護(hù)和致病的雙重機(jī)制[32]。HCV與單核細(xì)胞和庫普夫細(xì)胞在體外孵育,誘導(dǎo)炎癥細(xì)胞活化并且分別產(chǎn)生IL-1β和IL-18,發(fā)揮促炎作用[33]。庫普夫細(xì)胞表達(dá)多種細(xì)胞因子發(fā)揮促炎作用,顆粒酶B和TRAIL抑制HCV復(fù)制,并且誘導(dǎo)感染的肝細(xì)胞發(fā)生凋亡[34]。HBV和HCV的一些成分會影響免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞的生成并且會提高肝臟內(nèi)的免疫耐受。病毒在激活NLRP3炎癥小體的同時(shí),也可以通過各種途徑抑制NLRP3小體的活化,來抑制庫普夫細(xì)胞的活性和炎癥反應(yīng)。巨噬細(xì)胞在HBV和HCV的感染期間也參與了肝臟的纖維化過程,庫普夫細(xì)胞會產(chǎn)生大量的促纖維素原物質(zhì)以及一些酶類,干擾細(xì)胞基質(zhì)沉淀的平衡,從而促進(jìn)肝臟纖維化。炎癥的長期、持續(xù)的存在會刺激炎癥細(xì)胞分泌大量的炎癥因子,肝細(xì)胞的不斷壞死與代償性增殖會誘發(fā)肝細(xì)胞癌變,肝細(xì)胞癌的發(fā)生率大大增加。

4.5 巨噬細(xì)胞在肝纖維化中的作用 慢性肝炎導(dǎo)致肝臟瘢痕形成,肝纖維化是預(yù)測非酒精性脂肪肝患者發(fā)病率和死亡率的組織學(xué)特征[35]。肝臟巨噬細(xì)胞在肝纖維化過程中有雙重功能,它們在小鼠的肝纖維化模型中的消耗改善了肝臟的瘢痕形成,而它們在消融期的消耗抑制了正常的組織修復(fù)[36]。巨噬細(xì)胞具有促纖維化的功能,它們可以吞噬壞死的肝細(xì)胞碎片,通過分泌TGF-β1和PDGF促進(jìn)肝星狀細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的活化和存活;通過分泌多種趨化因子募集組織中的單核細(xì)胞進(jìn)入肝臟分化為巨噬細(xì)胞,加重肝臟炎癥;激活炎癥小體,促進(jìn)炎癥因子的釋放,誘導(dǎo)肝細(xì)胞凋亡及肝纖維化。在肝纖維化逆轉(zhuǎn)期,通過分泌抗炎因子,減輕肝臟炎癥;M2型巨噬細(xì)胞分泌IL-6,可以抗肝細(xì)胞凋亡;通過促進(jìn)活化的肝星狀細(xì)胞凋亡發(fā)揮抗凋亡作用。在疾病的不同階段,不同表型的巨噬細(xì)胞發(fā)揮了截然相反的作用。通過調(diào)控巨噬細(xì)胞的功能,為肝纖維化的臨床治療提供了新的思路。

4.6 巨噬細(xì)胞在肝細(xì)胞癌中的作用 由肝細(xì)胞癌導(dǎo)致的死亡約占2016年所有癌癥相關(guān)死亡的6%。肝巨噬細(xì)胞對肝細(xì)胞癌的發(fā)病機(jī)制至關(guān)重要[37]。浸潤性單核細(xì)胞和庫普夫細(xì)胞都可以參與上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化、促進(jìn)血管生成,參與肝細(xì)胞癌中腫瘤的進(jìn)展和轉(zhuǎn)移[38]。對原發(fā)性肝癌患者和小鼠肝癌模型的觀察結(jié)果表明,腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞與腫瘤負(fù)荷增加和高轉(zhuǎn)移率有關(guān)。在致癌基因誘導(dǎo)的肝細(xì)胞小鼠模型中,細(xì)胞分泌CCL2,募集CCR2+促炎單核細(xì)胞衍生的巨噬細(xì)胞[39],清除惡化前衰老細(xì)胞并防止肝細(xì)胞癌的形成。而在原發(fā)性肝癌的后期,腫瘤周圍的單核細(xì)胞衍生的巨噬細(xì)胞具有多種免疫抑制特征。有趣的是,推測靶向治療肝巨噬細(xì)胞可能預(yù)防慢性肝病患者進(jìn)展為肝細(xì)胞癌,或改善現(xiàn)有的肝細(xì)胞癌的治療方法。

5 小結(jié)和展望

巨噬細(xì)胞是肝臟維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)和調(diào)控疾病的“基石”。庫普夫細(xì)胞通過不斷清除血液中的微生物及其代謝產(chǎn)物維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定,庫普夫細(xì)胞靶向治療對于將來肝臟疾病的治療也是一個(gè)重要的方法。肝臟發(fā)生炎癥時(shí),骨髓源性單核細(xì)胞在肝臟浸潤,建立與庫普夫細(xì)胞功能不同的肝巨噬細(xì)胞群體。由于肝巨噬細(xì)胞在多數(shù)肝臟疾病中發(fā)揮重要作用,成為未來治療肝臟疾病的有效靶點(diǎn)。潛在的治療方法以趨化因子、趨化因子受體、生長因子及其受體為靶點(diǎn)以減少單核細(xì)胞在肝臟中的浸潤,可能有利于預(yù)防肝纖維化進(jìn)展或肝癌的形成。