嗜酸性粒細(xì)胞在肝臟缺血再灌注損傷中的作用

宋方彬 曹婉悅 徐軍明

肝臟缺血再灌注損傷(HIRI)是肝移植或肝切除等手術(shù)中阻斷血流后肝細(xì)胞缺血受損，血供恢復(fù)后肝臟損傷進(jìn)一步加重的現(xiàn)象，是影響肝臟手術(shù)成功率及患者預(yù)后的重要因素之一[1-3]。HIRI是常見的臨床問(wèn)題，但缺乏有效的治療方法。由于供肝嚴(yán)重短缺，選擇的邊緣供肝更易受到HIRI的影響。

過(guò)去大量研究聚焦肝內(nèi)庫(kù)普弗細(xì)胞(巨噬細(xì)胞)、中性粒細(xì)胞等在HIRI發(fā)病過(guò)程中的作用, 少有研究探討HIRI中嗜酸性粒細(xì)胞的作用[3]。嗜酸性粒細(xì)胞是骨髓來(lái)源的粒細(xì)胞，參與宿主防御寄生蟲感染和過(guò)敏性疾病的發(fā)病機(jī)制[4]。現(xiàn)有證據(jù)表明，嗜酸性粒細(xì)胞在調(diào)節(jié)T細(xì)胞反應(yīng)、促進(jìn)組織修復(fù)和減輕炎癥中發(fā)揮重要作用[5-6]。深入探索嗜酸性粒細(xì)胞在HIRI中的作用機(jī)制，對(duì)指導(dǎo)HIRI的干預(yù)具有重要意義。

一、肝臟缺血再灌注損傷

HIRI包括冷缺血和熱缺血再灌注損傷。前者主要發(fā)生于肝移植手術(shù)過(guò)程，后者主要發(fā)生于肝切除術(shù)中。熱缺血損傷較冷缺血損傷更嚴(yán)重，均與炎癥反應(yīng)和活性氧類物質(zhì)(ROS)有關(guān)[1]。HIRI包括兩個(gè)病理生理過(guò)程，即缺血期的肝細(xì)胞損傷和再灌注期的炎癥反應(yīng)。在缺血性肝損傷階段，缺血引起氧化應(yīng)激，導(dǎo)致肝細(xì)胞壞死，庫(kù)普弗細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞和自然殺傷T細(xì)胞等活化并釋放TNF-α、IL-1和IL-6等炎癥因子，進(jìn)而導(dǎo)致炎癥反應(yīng)并直接損傷肝細(xì)胞；再灌注期間，活化的庫(kù)普弗細(xì)胞大量釋放促炎因子，進(jìn)一步激活中性粒細(xì)胞和T細(xì)胞，加重肝細(xì)胞損傷[2- 3]。

HIRI的發(fā)病與眾多因素有關(guān)，如代謝性酸中毒、鈣超載、氧自由基、細(xì)胞凋亡、庫(kù)普弗細(xì)胞、淋巴細(xì)胞及中性粒細(xì)胞的活化[1, 3]。中性粒細(xì)胞是血液中數(shù)量最多、反應(yīng)最迅速的一類免疫細(xì)胞，在HIRI所誘導(dǎo)的免疫損傷過(guò)程中發(fā)揮主導(dǎo)作用[2, 7]。HIRI的預(yù)防或治療手段有限。肝臟容易耐受缺血性損傷，而再灌注誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)是肝臟破壞的主要原因。因此，最近的治療進(jìn)展集中在直接抑制再灌注階段的炎癥和細(xì)胞死亡，這將促使科學(xué)家努力開發(fā)具有直接抗炎和抗凋亡特性的藥物, 盡管目前這些藥物在臨床的益處有限且并不確切[3]。因此，需要對(duì)HIRI的基本機(jī)制有更全面和深入的了解，尤其對(duì)HIRI的免疫調(diào)控機(jī)制。

二、嗜酸性粒細(xì)胞的概述

嗜酸性粒細(xì)胞屬于固有免疫系統(tǒng)的細(xì)胞，主要參與多細(xì)胞寄生蟲感染的防御和Th2介導(dǎo)的免疫性疾病，如哮喘、特應(yīng)性皮炎和嗜酸性粒細(xì)胞性食管炎[4]。嗜酸性粒細(xì)胞主要通過(guò)分泌細(xì)胞因子和釋放有毒顆粒促進(jìn)炎癥，即抗體依賴的細(xì)胞毒性作用(ADCC)[4]。血管生成是嗜酸性粒細(xì)胞進(jìn)行組織重塑的特征之一[8]。嗜酸性粒細(xì)胞釋放一些促血管生成因子，例如血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)、血管生成素等，促進(jìn)嗜酸性粒細(xì)胞炎癥性疾病的病理過(guò)程。在哮喘患者中，這些因素與嗜酸性粒細(xì)胞浸潤(rùn)及支氣管周圍血管和血管通透性的增加有關(guān)。缺氧是炎癥組織的重要特征之一，并影響炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)。嗜酸性粒細(xì)胞作為過(guò)敏性炎癥發(fā)展及惡化的關(guān)鍵細(xì)胞，在缺氧情況下，其促血管生成潛力得以發(fā)揮，并可能起到一定的恢復(fù)組織氧合的作用[8]。

然而，將嗜酸性粒細(xì)胞視為破壞性效應(yīng)細(xì)胞的“傳統(tǒng)觀點(diǎn)”正在演變。近年來(lái)，嗜酸性粒細(xì)胞新的免疫調(diào)節(jié)功能被發(fā)現(xiàn)。例如，嗜酸性粒細(xì)胞在體內(nèi)可以作為抗原提呈細(xì)胞發(fā)揮作用，調(diào)節(jié)脂肪組織中的葡萄糖代謝，增強(qiáng)漿細(xì)胞存活，嗜酸性粒細(xì)胞通過(guò)調(diào)節(jié)樹突狀細(xì)胞直接或間接抑制Th1細(xì)胞的免疫應(yīng)答[5]。在發(fā)酵酶誘導(dǎo)的腹膜炎中，嗜酸性粒細(xì)胞來(lái)源的保護(hù)蛋白D1在促進(jìn)急性炎癥的消退中發(fā)揮著不可或缺的作用[9]。

三、嗜酸性粒細(xì)胞對(duì)組織損傷信號(hào)的反應(yīng)及免疫調(diào)節(jié)作用

當(dāng)壞死細(xì)胞釋放警報(bào)素或損傷相關(guān)模式分子(DAMP)時(shí)，嗜酸性粒細(xì)胞上表達(dá)的模式識(shí)別受體(PRR)會(huì)識(shí)別這些內(nèi)源性危險(xiǎn)信號(hào)，隨后激活嗜酸性粒細(xì)胞并提高其存活率[10]。例如，嗜酸性粒細(xì)胞表達(dá)的晚期糖基化終末產(chǎn)物(RAGE))受體與高遷移率族box-1 (HMGB1，一種壞死信號(hào)分子)的結(jié)合可以介導(dǎo)嗜酸性粒細(xì)胞的趨化遷移及其對(duì)組織損傷或壞死區(qū)域發(fā)生反應(yīng)[4]。這些作用可能有利于組織損傷或傷口的愈合，尤其是在維持胃腸道和氣道的上皮屏障上。

最近研究證明，嗜酸性粒細(xì)胞通過(guò)釋放抗炎細(xì)胞因子或直接抑制效應(yīng)細(xì)胞，促進(jìn)免疫細(xì)胞的各種調(diào)節(jié)特性來(lái)緩解損傷，是局部免疫和組織修復(fù)的重要調(diào)節(jié)因子[11]。Frigerio等探討了嗜酸性粒細(xì)胞在片吸蟲感染中的作用，發(fā)現(xiàn)嗜酸性粒細(xì)胞通過(guò)兩種互補(bǔ)的機(jī)制發(fā)揮作用：特異性抑制CD4+ T細(xì)胞產(chǎn)生IL-10，并促進(jìn)特異性抗體誘導(dǎo)嗜酸性粒細(xì)胞脫顆粒，這些免疫反應(yīng)有效地抑制肝臟損傷，保護(hù)宿主[5]。一項(xiàng)關(guān)于肌肉損傷的研究表明，嗜酸性粒細(xì)胞的快速聚集是通過(guò)激活常駐纖維/脂肪細(xì)胞祖細(xì)胞實(shí)現(xiàn)肌肉再生所必需的[12]。此外，在急性腹膜炎或急性結(jié)腸炎小鼠模型中，缺乏嗜酸性粒細(xì)胞的小鼠炎癥反應(yīng)明顯比野生型小鼠嚴(yán)重，這表明嗜酸性粒細(xì)胞在終止急性炎癥中發(fā)揮保護(hù)作用，可能是由于它們產(chǎn)生抗炎脂質(zhì)，如保護(hù)素D1(PD1)[13]。

然而，嗜酸性粒細(xì)胞反應(yīng)可能導(dǎo)致組織重構(gòu)和纖維化的“不良反應(yīng)”。事實(shí)上，在一些嗜酸性粒細(xì)胞炎癥性疾病，包括哮喘、嗜酸性食管炎和某些嗜酸性粒細(xì)胞皮膚病(如面部肉芽腫)，在早期或急性期，嗜酸性粒細(xì)胞的促炎作用占主導(dǎo)地位，而慢性期以纖維化過(guò)程為特征[4]。在這些慢性炎癥環(huán)境，嗜酸性粒細(xì)胞分泌的介質(zhì)，包括TGF-β、Th2細(xì)胞因子(如IL-13、IL-4)等，促進(jìn)上皮和/或平滑肌細(xì)胞增生、肌成纖維細(xì)胞分化、細(xì)胞外基質(zhì)重組和組織纖維化[10]。這些效應(yīng)導(dǎo)致多種與嗜酸性粒細(xì)胞增多相關(guān)的慢性炎癥，包括嚴(yán)重哮喘的氣道重塑、慢性鼻竇炎伴鼻息肉病的間質(zhì)纖維化等[4]。

四、嗜酸性粒細(xì)胞參與HIRI的作用及機(jī)制

對(duì)于HIRI，過(guò)去大多數(shù)研究集中在隨后引起肝細(xì)胞損傷的效應(yīng)細(xì)胞，例如庫(kù)普弗細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等[2]；嗜酸性粒細(xì)胞是一種被忽視的細(xì)胞類型[14]。然而，肝臟嗜酸性粒細(xì)胞聚集與藥物性肝損傷患者較好的預(yù)后相關(guān)[15]。在毒性肝損傷和部分肝切除術(shù)后小鼠模型，肝損傷導(dǎo)致嗜酸性粒細(xì)胞快速募集，嗜酸性粒細(xì)胞通過(guò)分泌IL-4并與肝細(xì)胞IL-4受體結(jié)合進(jìn)行信號(hào)傳導(dǎo)，刺激靜止肝細(xì)胞增殖，促進(jìn)肝再生，對(duì)肝損傷起到修復(fù)作用[6]。雖然巨噬細(xì)胞中IL-4Rα的信號(hào)傳導(dǎo)與組織修復(fù)有關(guān)，但對(duì)于肝細(xì)胞增殖和損傷后的肝臟再生則是不必要的[6]。嗜酸性粒細(xì)胞是否為HIRI中的保肝細(xì)胞值得進(jìn)一步探討。

最近Ju等[16]的一項(xiàng)研究開拓了我們對(duì)HIRI調(diào)控機(jī)制的認(rèn)識(shí)，并發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的肝臟保護(hù)機(jī)制。嗜酸性粒細(xì)胞在移植術(shù)后2～3 h內(nèi)迅速浸潤(rùn)22只移植小鼠的同種異體移植肝臟。在抗體介導(dǎo)的嗜酸性粒細(xì)胞耗竭或嗜酸性粒細(xì)胞缺陷的小鼠，發(fā)現(xiàn)肝細(xì)胞壞死和炎癥細(xì)胞因子增加，提示HIRI加重[16]。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，浸潤(rùn)的嗜酸性粒細(xì)胞高水平表達(dá)了抑制致瘤性受體2(ST2)，并且ST2與其配體IL-33協(xié)同介導(dǎo)保護(hù)作用。ST2缺陷和IL-33缺陷小鼠在HIRI后均未能募集嗜酸性粒細(xì)胞，因此表現(xiàn)出更嚴(yán)重的肝損傷。在IL-33缺陷小鼠中，只有IL-33刺激的嗜酸性粒細(xì)胞會(huì)抑制肝損傷，表明需要IL-33來(lái)啟動(dòng)嗜酸性粒細(xì)胞介導(dǎo)的保護(hù)作用。

多種細(xì)胞因子參與HIRI過(guò)程，其中IL-1、IL-6、趨化因子、黏附分子、補(bǔ)體系統(tǒng)等引起肝細(xì)胞損傷，而IL-10、IL-13等免疫調(diào)節(jié)因子則有保護(hù)肝細(xì)胞的作用[2, 3]。IL-10通過(guò)誘導(dǎo)肝內(nèi)巨噬細(xì)胞HO-1基因的表達(dá)來(lái)發(fā)揮抗炎癥等生物效應(yīng)。IL-13通過(guò)保護(hù)肝細(xì)胞的完整性、減少肝內(nèi)中性粒細(xì)胞釋放致炎因子、趨化因子來(lái)保護(hù)肝細(xì)胞，還能上調(diào)抗凋亡基因和抗氧化基因的表達(dá)來(lái)阻止肝細(xì)胞凋亡[17]。因嗜酸性粒細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生Th2細(xì)胞因子IL-4和IL-13，Ju等[16]采用專門消耗了嗜酸性粒細(xì)胞IL-4或IL-13的小鼠，發(fā)現(xiàn)這些小鼠遭受了HIRI。盡管單獨(dú)阻斷IL-4不起作用，但特異性地阻斷IL-13會(huì)消除嗜酸性粒細(xì)胞介導(dǎo)的保護(hù)作用，加重肝壞死。因此，該研究認(rèn)為嗜酸性粒細(xì)胞作為免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞，通過(guò)ST-2/IL-33軸產(chǎn)生IL-13以減輕肝損傷。但嗜酸性粒細(xì)胞分泌的IL-13是否通過(guò)直接刺激肝細(xì)胞增殖促進(jìn)HIRI后的肝再生依然未知[14]。雖然，IL-33/ST2軸與過(guò)敏性疾病有關(guān)，但新證據(jù)支持IL-33/ST2軸在限制組織炎癥和損傷方面的重要功能。例如，IL-33/ST2在調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的擴(kuò)增和激活中發(fā)揮關(guān)鍵作用，從而減輕腸道炎癥，抑制移植物抗宿主病，促進(jìn)肺、骨骼肌、腎臟、肝臟和心臟的組織修復(fù)[18]。

關(guān)于嗜酸性粒細(xì)胞如何抑制HIRI，該研究還揭示了嗜酸性粒細(xì)胞與中性粒細(xì)胞之間的相互作用[16]。當(dāng)嗜酸性粒細(xì)胞減少或缺失時(shí)，小鼠肝臟的中性粒細(xì)胞數(shù)量顯著增加，HIRI加重，表明嗜酸性粒細(xì)胞通過(guò)抑制中性粒細(xì)胞的募集而發(fā)揮調(diào)節(jié)作用[16]。此外，體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)均表明，IL-33 通過(guò)ST2刺激嗜酸性粒細(xì)胞產(chǎn)生IL-13，從而抑制中性粒細(xì)胞。此前在肝血吸蟲病中發(fā)現(xiàn)，IL-13對(duì)中性粒細(xì)胞的募集有抑制作用[7]。在過(guò)敏性炎癥中，Th2 型細(xì)胞因子如IL-4和IL-13占主導(dǎo)地位，中性粒細(xì)胞明顯缺失。另外，研究表明IL-4/IL-13 信號(hào)傳導(dǎo)通過(guò)中性粒細(xì)胞上的IL-4受體，直接抑制中性粒細(xì)胞的流出和趨化性[19]。這些證據(jù)雖能解釋上述發(fā)現(xiàn)，但未來(lái)需要更多證據(jù)來(lái)理解中性粒細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞之間的作用。

上述研究為嗜酸性粒細(xì)胞相關(guān)的轉(zhuǎn)化研究奠定了基礎(chǔ)，并為移植誘導(dǎo)的HIRI提供了治療潛力。然而該研究存在局限性。首先，雖然小鼠嗜酸性粒細(xì)胞和中性粒細(xì)胞表現(xiàn)出相對(duì)的募集動(dòng)力，但嗜酸性粒細(xì)胞及其分泌的IL-13抑制中性粒細(xì)胞募集的確切機(jī)制仍不清楚。其次， IL-33是誘導(dǎo)嗜酸性粒細(xì)胞驅(qū)動(dòng)保護(hù)作用的主要細(xì)胞因子，但I(xiàn)L-33的來(lái)源尚不清楚。IL-33是各種組織受刺激時(shí)內(nèi)皮細(xì)胞和上皮細(xì)胞等釋放的“警報(bào)”。因此，受干擾的腸道可能是HIRI中IL-33的來(lái)源之一。IL-33主要通過(guò)調(diào)節(jié)性免疫細(xì)胞的ST2介導(dǎo)一系列免疫調(diào)節(jié)反應(yīng)，如調(diào)節(jié)性T細(xì)胞和先天樣淋巴細(xì)胞2(ILC2)。盡管研究證明嗜酸性粒細(xì)胞是肝臟ST2表達(dá)最豐富的細(xì)胞，無(wú)論是直接在肝臟還是系統(tǒng)性地通過(guò)IL-33發(fā)揮作用，調(diào)節(jié)性T細(xì)胞和ILC2 依然可能起到一定保護(hù)作用。此外，小鼠HIRI模型只是部分模擬了肝移植HIRI，即通過(guò)暫時(shí)阻斷血流導(dǎo)致腸道逆行[16]。另外，作者僅在HIRI前24 h內(nèi)量化肝損傷，因此，早期中性粒細(xì)胞募集減少是否對(duì)后期產(chǎn)生不利影響值得進(jìn)一步研究[20]。

與其減少效應(yīng)細(xì)胞，不如通過(guò)加強(qiáng)免疫調(diào)節(jié)來(lái)恢復(fù)平衡，即嗜酸性粒細(xì)胞迅速浸潤(rùn)肝臟，并通過(guò)IL-33/ST2依賴性IL-13介導(dǎo)保護(hù)作用[16]，使肝臟微環(huán)境向修復(fù)方向發(fā)展。研究結(jié)果對(duì)于進(jìn)一步探索嗜酸性粒細(xì)胞和IL-33/ST2 信號(hào)作為HIRI候選治療靶點(diǎn)具有重要的啟發(fā)意義，以期改善肝臟手術(shù)的預(yù)后。

五、小結(jié)和展望

肝切除、肝移植等手術(shù)過(guò)程不可避免地出現(xiàn)HIRI，如何有效減輕HIRI是亟待解決的問(wèn)題。免疫調(diào)節(jié)是肝臟缺血再灌注損傷重要因素之一，過(guò)去研究集中于巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等效應(yīng)細(xì)胞。本文闡述了近年嗜酸性粒細(xì)胞在HIRI中的作用機(jī)制，近期研究發(fā)現(xiàn)，嗜酸性粒細(xì)胞及其介導(dǎo)的信號(hào)通路在HIRI中具有重要的保肝作用。但目前嗜酸性粒細(xì)胞在HIRI的作用研究主要停留在動(dòng)物模型上。廣泛、深入地研究嗜酸性粒細(xì)胞在HIRI的作用機(jī)制有望為HIRI的治療困境找到新的突破口，為提升肝移植、肝切除手術(shù)的救治效果提供新的治療策略。