白細(xì)胞介素與肝功能衰竭的關(guān)系及其相關(guān)機(jī)制的研究

劉晶雪 李樹臣

作者單位：150006 哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院感染科

肝臟是人體內(nèi)極其重要的解毒器官,外界或經(jīng)人體正常代謝所生成的有毒物質(zhì)都會被肝臟解毒成為無毒甚至溶解度更大的物質(zhì),進(jìn)而排出體外。但是,當(dāng)肝臟所處理的有害物質(zhì)超過機(jī)體所能承受的極限時(shí),便會導(dǎo)致肝臟功能的受損,并且隨著肝功能的進(jìn)一步惡化出現(xiàn)肝衰竭。目前證據(jù)表明,肝衰竭特征在于促炎和抗炎細(xì)胞因子的循環(huán)水平上調(diào)[1]。有研究[2]指出,在慢加急性(亞急性)肝衰竭患者的血清中會出現(xiàn)IL-6、IL- 8、IL-1β等多種致炎細(xì)胞因子水平的顯著上升,并且一些抗炎細(xì)胞因子如IL-10 水平也會有相應(yīng)的升高,但是由于體內(nèi)的抗干擾機(jī)制尚不足以完全抵消機(jī)體的炎癥刺激反應(yīng),從而導(dǎo)致了肝衰竭的進(jìn)一步發(fā)展[3]。

一、肝衰竭介紹

急性肝功能衰竭 (ALF) 是一種罕見的復(fù)雜綜合征,其特征是黃疸和凝血合成功能喪失以及發(fā)展為肝性腦病進(jìn)而造成多器官衰竭 (MOF),最終導(dǎo)致死亡。多種原因均可能導(dǎo)致ALF,其中對乙酰氨基酚 (APAP) 中毒和急性乙型肝炎感染是工業(yè)化國家最常見的原因[4]。相比之下,慢加急性肝衰竭(ACLF)是以慢性肝病出現(xiàn)急性肝功能失代償、單器官或多器官功能衰竭和高短期病死率為特征,導(dǎo)致 ACLF 的原因包括感染、胃腸道出血、病毒再激活,以及疊加的藥物、病毒或缺血性損傷等[5]。

二、白細(xì)胞介素簡介

白細(xì)胞介素(IL)是由多種細(xì)胞產(chǎn)生并作用于多種細(xì)胞的一類細(xì)胞因子。起初指由白細(xì)胞促進(jìn)產(chǎn)生又在白細(xì)胞之間起調(diào)節(jié)作用的細(xì)胞因子,現(xiàn)用來指一類分子結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能已基本清楚,具有重要調(diào)節(jié)作用而統(tǒng)一名稱的細(xì)胞因子。白細(xì)胞介素種類眾多,功能較為復(fù)雜,一般將其分為幾類:IL-1家族、IL-6家族和IL-20家族及其他類。白介素是細(xì)胞內(nèi)最為重要的炎癥反應(yīng)介質(zhì),而細(xì)胞產(chǎn)生白介素則是炎癥級聯(lián)反應(yīng)的初始步驟之一。白介素釋放后會結(jié)合靶細(xì)胞中的特定受體,通過介導(dǎo)信息的傳遞與調(diào)控免疫細(xì)胞,介導(dǎo)T、B細(xì)胞活化及誘導(dǎo)局部炎癥和全身急性反應(yīng)等多種功能發(fā)揮作用[6]。近年來, 大量研究發(fā)現(xiàn)IL-1、IL-6、IL-11、IL-33、IL-18、IL-22以及IL-10等通過自分泌或旁分泌方式影響細(xì)胞的增殖、分化、凋亡等過程,進(jìn)而調(diào)節(jié)肝臟炎癥、纖維化、損傷和修復(fù)。相應(yīng)地,白細(xì)胞介素在肝衰竭的發(fā)病進(jìn)展中的作用亦非常重要,增加或減弱其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)可能具有有害或治療作用。改變信號的性質(zhì)或效力在病理生理反應(yīng)中也應(yīng)引起重視,并且可以給肝衰竭患者提供新的治療方法[7]。

三、白介素家族與肝衰竭的關(guān)系及相關(guān)機(jī)制

急性肝功能衰竭是一種多系統(tǒng)疾病,免疫功能障礙是其發(fā)病機(jī)制的核心。從臨床角度來看,全身炎癥反應(yīng)綜合征是由肝臟免疫細(xì)胞分泌的促炎性白細(xì)胞介素(如 IL-1β、IL-6)驅(qū)動的,并且與 ALF 中肝外器官功能障礙的發(fā)展和不良后果密切相關(guān)。而慢加急性肝功能衰竭中的免疫功能障礙是多種因素造成的,其過程中的炎癥反應(yīng)也不平衡。從病理生理學(xué)的角度來看,ACLF涉及免疫系統(tǒng)的細(xì)胞和可溶性成分中的若干缺陷/異常,這些缺陷最終導(dǎo)致獲得性免疫缺陷狀態(tài),削弱宿主的抗菌反應(yīng),從而增加對感染的易感性[8]。

(一)白介素-6家族 IL-6 家族細(xì)胞因子由四螺旋細(xì)胞因子的七種變體組成:IL-6、IL-11、睫狀神經(jīng)營養(yǎng)因子 (CNTF)、白血病抑制因子(LIF)、抑瘤素M(OSM)、心肌營養(yǎng)素-1(CT-1)和心肌細(xì)胞因子樣細(xì)胞因子(CLC)[9]。其中IL-6及IL-11在肝細(xì)胞壞死及其發(fā)展過程中發(fā)揮主要作用。

1. 白介素-6:IL-6一直是許多研究的焦點(diǎn),這有助于發(fā)現(xiàn)整個(gè)IL-6細(xì)胞因子家族。IL-6是由成纖維細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞合成的含有184個(gè)氨基酸的四螺旋細(xì)胞因子,既是一種免疫性調(diào)節(jié)因子,也是一種介導(dǎo)全身炎癥的物質(zhì)[10]。當(dāng) IL-6 水平升高時(shí),會導(dǎo)致組織損傷。在肝病患者中,內(nèi)毒素釋放可刺激單核細(xì)胞產(chǎn)生大量IL-6,導(dǎo)致肝細(xì)胞因感染而壞死。研究發(fā)現(xiàn),慢加急性肝功能衰竭-敗血癥患者,即ACLF-SP組,IL-6水平(61.64±14.38 pg/mL)高于ACLF組(33.72±8.18 pg/mL,P<0.01)和對照組(22.36±6.21 pg/mL),同時(shí)ACLF組的IL-6水平亦高于對照組。該數(shù)據(jù)表明肝功能衰竭和敗血癥肝功能衰竭患者的IL-6水平顯著升高,并且合并感染可加重肝功能衰竭患者的病情[11]。綜上所述,在感染、自身免疫或癌癥的情況下,IL-6的表達(dá)受到穩(wěn)態(tài)基礎(chǔ)調(diào)節(jié)和快速誘導(dǎo)的影響。IL-6的升高通常是疾病活動的更好預(yù)測指標(biāo),在早期診斷中具有良好的性能[12]。

IL-6和IL-6受體的復(fù)合物與第二種蛋白質(zhì)gp130結(jié)合,從而二聚化并通過 JAK/STAT 通路啟動細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo),并促進(jìn)STAT3的募集和磷酸化。磷酸化后,STATs易位到細(xì)胞核中并調(diào)節(jié)各種基因的表達(dá)。IL-6刺激后,通常在快速增殖的細(xì)胞中觀察到有絲分裂原活化蛋白激酶(MAPK)途徑的激活,同時(shí)IL-6信號傳導(dǎo)亦可直接激活促生存磷脂酰肌醇-3激酶(PI3K)/Akt(又稱蛋白激酶B,PKB)通路[13]。然而,上述IL-6和(或)其信號通路在疾病中經(jīng)常失調(diào)。IL-6信號通路的持續(xù)激活對肝臟有害,最終可能導(dǎo)致肝臟衰竭甚至腫瘤的發(fā)生發(fā)展[10]。值得注意的是,IL-6還可以通過誘導(dǎo)STAT3的表達(dá)從而上調(diào) Th17細(xì)胞,導(dǎo)致慢加急性肝功能衰竭[14]。因此,抑制該通路對肝功能衰竭的臨床治療具有重要意義。

2. 白介素-11:相較于IL-6,IL-11在肝功能衰竭中的具體作用研究較少,IL-11在疾病中的作用現(xiàn)在才受到關(guān)注。IL-11是一種多功能細(xì)胞因子,主要由成纖維細(xì)胞產(chǎn)生,進(jìn)而發(fā)揮功能[9]。大多數(shù)關(guān)于肝臟中 IL-11已發(fā)表文獻(xiàn)表明,IL-11的功能獲得有益于肝臟健康。例如,重組人白細(xì)胞介素-11(rhIL-11)在缺血/再灌注損傷、對乙酰氨基酚(APAP)誘導(dǎo)的肝損傷(AILI)中顯示出抗炎及保肝作用。然而,Widjaja等人的研究發(fā)現(xiàn)APAP很大程度上上調(diào)了肝臟IL-11的表達(dá)(35倍,P<0.0001),并證實(shí)物種匹配的IL-11實(shí)際上具有肝毒性,并通過c-Jun N 末端激酶(JNK)誘導(dǎo)活性氧(ROS)依賴性肝細(xì)胞死亡,同時(shí)還抑制肝臟再生,進(jìn)而導(dǎo)致肝臟衰竭[15]。因而關(guān)于IL-11在肝衰竭中的具體作用及機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

IL-6細(xì)胞因子家族是一組具有多種功能和抗炎和(或)促炎特性的細(xì)胞因子。其觸發(fā)的細(xì)胞內(nèi)反應(yīng)多樣性由該家族中的各種受體負(fù)責(zé),例如刺激免疫細(xì)胞增殖和激活。從上述可知阻斷或刺激這些細(xì)胞因子可能是有益的,也可能是有害的?？傊?IL-6家族細(xì)胞因子代表了一組非常有趣的炎癥因子,它們可以在肝病學(xué)領(lǐng)域成為目標(biāo),以開發(fā)基于肝臟病理生理學(xué)的有希望的新治療策略[9]。

(二) 白介素-1超家族 IL-1超家族根據(jù)N端pro片段長度可被分為三個(gè)亞家族:IL-1子家族(IL-1α、IL-1β和IL-33、IL-1Ra)、IL-18子家族(IL-18和IL-37)和IL-36子家族(IL-36 α、β、γ 和 IL-38)[16]。IL-1超家族成員(細(xì)胞因子和受體)可導(dǎo)致廣泛的免疫和炎癥反應(yīng),例如IL-1α、IL-1β或IL-33觸發(fā)促炎反應(yīng),其他成員如 IL-1Ra、IL-36Ra 和 IL-38 通過充當(dāng)受體拮抗劑發(fā)揮抗炎作用,而 IL-37和 IL-18在不同情況下可促進(jìn)炎癥或抗炎,取決于時(shí)間和環(huán)境[17]。

IL-1β和IL-18通過IL-1R/IL-18R-MyD88途徑表達(dá)上調(diào)導(dǎo)致組織損傷,而肝細(xì)胞死亡后也會導(dǎo)致IL-1α前體的快速釋放。同時(shí)繼ALF之后,IL-1α、IL-1β和IL-18亦通過顯著降低肝臟κB抑制劑(IκB)水平和NF-κB通路激活而上調(diào)促炎癥過程,導(dǎo)致IL-6和TNFα分泌,從而促進(jìn)細(xì)胞凋亡,最終導(dǎo)致肝損傷和動物死亡[18]。關(guān)于白細(xì)胞介素-1受體1型(IL-1RI)缺陷的新型小鼠模型研究表明,肝細(xì)胞中的IL-1R1通過免疫細(xì)胞募集和激活以及肝細(xì)胞死亡來放大急性炎癥性肝損傷。這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)調(diào)了IL-1信號作為急性肝病潛在治療靶點(diǎn)的重要性。如果時(shí)機(jī)合適,阻斷IL-1RI 信號可能是改善急性肝衰竭總體預(yù)后不良的一種方法[19]。

1. 白介素-33:IL-33是最近發(fā)現(xiàn)的IL-1家族成員,其功能類似于高遷移率組蛋白 B1 (HMGB1),已被證明可作為IL-1受體樣-1(也稱為ST2)[20]。IL-33 通過激活表達(dá)其 ST2 受體的各種靶細(xì)胞(包括肥大細(xì)胞和 2 型先天性淋巴細(xì)胞),在2型先天免疫反應(yīng)和過敏性炎癥的啟動和放大中發(fā)揮核心作用[21]。為了進(jìn)一步探索 ALF 所涉及的機(jī)制,Antune等人[22]使用APAP-IL(對乙酰氨基酚誘導(dǎo)性)肝衰竭小鼠模型顯示APAP 刺激后肝細(xì)胞產(chǎn)生大量 IL-33,表明肝臟壞死與大量IL-33和趨化因子的釋放有關(guān)。同時(shí),在Toll 樣受體病毒模擬物poly(I:C)誘導(dǎo)的ALF小鼠模型中也顯示與對照小鼠相比,Poly(I:C)處理的小鼠中 IL-33 的 mRNA 表達(dá)顯著增加(2～3倍),IL-33表達(dá)上調(diào)與嚴(yán)重的肝損傷相關(guān)[23]。

2. 白介素-18:多效細(xì)胞因子白細(xì)胞介素-18(IL-18)是 IL-1家族的成員,是先天性和適應(yīng)性淋巴細(xì)胞中 1 型反應(yīng)的強(qiáng)大誘導(dǎo)劑,參與NKB和 Th1 細(xì)胞的激活[24]。有趣的是,IL-18 對肝臟NKB細(xì)胞發(fā)揮多效作用,引發(fā)凋亡相關(guān)因子配體(FasL)介導(dǎo)的細(xì)胞毒性和干擾素γ依賴性反應(yīng),增加了肝細(xì)胞上凋亡相關(guān)因子(Fas)的表達(dá)[25]。這些Fas/Fas配體相互作用會誘導(dǎo)肝細(xì)胞凋亡,門靜脈周圍大量纖維化,炎癥和嚴(yán)重的肝衰竭。研究表明,與 CHB (96.07±12.56 pg/mL,P<0.01)和對照組(89.42±16.79 pg/mL,P<0.01)相比,HBV-ACLF 患者血漿中的IL-18 水平(108.0±14.52 pg/mL)顯著升高。此外,較高濃度(10 ng/mL)的 IL-18 提高了 HBV-ACLF 患者的 NKB 細(xì)胞百分比,表明IL-18 可能對 HBV-ACLF 患者的 NKB 細(xì)胞發(fā)揮正反饋活性。然而,HBV-ACLF 患者的基線和治療后血漿IL-18 水平?jīng)]有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P>0.05),這可能部分是由于 NKB 細(xì)胞不是這些細(xì)胞因子的唯一來源。總之,升高的 NKB 細(xì)胞比例和外周 IL-18水平對 HBV-ACLF 生存狀態(tài)有較好的預(yù)后價(jià)值,提示IL-18 可能是 NKB 細(xì)胞分泌的介導(dǎo)HBV-ACLF 炎癥的標(biāo)志性細(xì)胞因子[26]。

通過上述我們可以發(fā)現(xiàn),雖然IL-1細(xì)胞因子家族的一些成員(IL-1α、IL-1β、IL-33)在肝臟疾病中已被廣泛研究,導(dǎo)致強(qiáng)烈的論據(jù)支持這些分子作為潛在的治療靶點(diǎn),但其他成員的作用(IL-36、IL-37、IL-38)仍有待闡明。此外,IL-1家族的一些成員可增強(qiáng)組織損傷和炎癥,而其他成員則通過促進(jìn)組織再生和防止組織損傷和炎癥而具有更大的保護(hù)/抗炎作用。因此,這些細(xì)胞因子代表了肝病治療的關(guān)鍵靶點(diǎn),并可能為旨在控制局部免疫反應(yīng)和限制肝損傷的潛在創(chuàng)新治療方法開辟新的前景[18]。

(三)白介素-10家族 IL-10家族可以根據(jù)其功能進(jìn)一步細(xì)分為三組:IL-10本身、IFN-λ亞家族和 IL-20亞家族[27]。其中在肝衰竭疾病發(fā)展過程中發(fā)揮主要作用的是IL-10本身和IL-20亞家族。

1.白介素-10:IL-10由Th2細(xì)胞產(chǎn)生,是一種抗炎細(xì)胞因子和免疫抑制因子。在調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)和限制肝損傷的過程中,IL-10主要參與減輕炎癥性肝損傷、延緩肝再生、調(diào)節(jié) NF-κB 活性以及降低單核細(xì)胞分泌的 TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8和IL-12。它還減少了活性氧中間體、血小板活化因子和趨化因子的產(chǎn)生以預(yù)防肝纖維化[28]。通過針對ACLF 患者的研究發(fā)現(xiàn),與代償期肝硬化患者相比,ACLF-SP組IL-10水平(49.43±8.15 pg/mL)顯著高于ACLF組(34.11±8.20 pg/mL,P<0.01)和對照組(14.59±5.13 pg/mL,P<0.01)。同時(shí),ACLF組IL-10水平高于對照組。由于ACLF和ACLF-SP的炎癥更為嚴(yán)重,機(jī)體增加 IL-10水平以減輕炎癥反應(yīng)性肝損傷[11]。一項(xiàng)對 27 名 ACLF 患者進(jìn)行調(diào)查的德國研究發(fā)現(xiàn),與穩(wěn)定肝硬化患者相比,這些受試者的循環(huán) IL-6 和 IL-10 水平更高。同時(shí),在涉及51名急性肝功能衰竭患者和39名在重癥監(jiān)護(hù)病房住院的肝硬化患者的研究中,IL-10已被證明與兩組的病死率相關(guān)[1]。綜上所述,通過增加的IL-10水平來衡量入院時(shí)全身炎癥反應(yīng)的嚴(yán)重程度,已被證明可以預(yù)測 ACLF 患者的不良預(yù)后[28]。

2.白介素-20亞家族:IL-20亞家族是IL-10相關(guān)細(xì)胞因子家族的成員,包括IL-19、IL-20、IL-22、IL-24和IL-26。它們都具有在肝臟中執(zhí)行白細(xì)胞和上皮細(xì)胞的共同功能,可幫助肝臟對損傷和疾病做出反應(yīng)。它們參與組織穩(wěn)態(tài)的控制,以及在該器官中產(chǎn)生的免疫反應(yīng)[29]。迄今為止,研究最深入的家族肝臟穩(wěn)態(tài)的成員是 IL-22 細(xì)胞因子。

IL-22是唯一由 Th17/22細(xì)胞、γδT 細(xì)胞、自然殺傷 (NK) T 細(xì)胞等免疫細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子,主要靶向非造血細(xì)胞,如肝、肺、腎、胰腺和腸[30]。在肝臟中,肝細(xì)胞是IL-22的主要靶點(diǎn),主要通過誘導(dǎo)促進(jìn)有絲分裂蛋白和抗凋亡蛋白的表達(dá),從而在免疫系統(tǒng)和外周組織之間的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中起關(guān)鍵作用[31]。臨床前研究表明,用 IL-1受體拮抗劑阿那白滯素治療可減少 ACLF 小鼠模型的肝臟炎癥和中性粒細(xì)胞浸潤,改善肝細(xì)胞再生和恢復(fù)。而IL-22 已被證明可以保護(hù)和修復(fù)酒精性肝炎小鼠的肝損傷、靶向信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活劑-3。IL-22 的抗凋亡、增殖和抗菌作用可能對 ACLF 患者有益[28]。更為重要的是,IL-22受體的表達(dá)僅限于上皮細(xì)胞,這表明IL-22治療可能相比其他白細(xì)胞介素家族產(chǎn)生更少的副作用,因此IL-22有望成為治療人類肝病的新候選藥物[32]。

四、結(jié)語與展望

在肝功能衰竭的發(fā)展過程中,大量免疫細(xì)胞活化及各種白細(xì)胞介素家族如IL-1家族、IL-6家族和IL-20家族等參與并相互影響、共同作用,構(gòu)成了免疫反應(yīng)的中心環(huán)節(jié)。白細(xì)胞介素可以改變靶細(xì)胞的功能,介導(dǎo)不同的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,從而引起肝衰竭的發(fā)生和發(fā)展。并且某些白介素的基線水平和動態(tài)變化與肝衰竭的嚴(yán)重程度及預(yù)后密切相關(guān),但更多的發(fā)病機(jī)制還有待進(jìn)一步探索。通過研究白介素在肝臟中的生物學(xué)特性,不僅有助于我們了解病情的嚴(yán)重程度,而且還可能發(fā)現(xiàn)用于治療的新型有效干預(yù)措施。因此未來仍需對白介素家族進(jìn)行更深入的探討,為肝衰竭的治療和預(yù)防提供一種新的思路。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。