損傷相關(guān)分子模式在慢加急肝衰竭中的研究進(jìn)展

陳小梅 綜述,于 淼,徐向紅 審校

1.甘肅省人民醫(yī)院臨床研究與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究所,甘肅蘭州 730000;2.甘肅省人民醫(yī)院生物治療中心,甘肅蘭州 730000

慢加急肝衰竭(ACLF)是在慢性肝病的基礎(chǔ)上,由各種急性觸發(fā)因素引起的一組與嚴(yán)重急性肝功能損害和多器官衰竭相關(guān)的復(fù)雜臨床綜合征,其特點是病情嚴(yán)重、進(jìn)展迅速、病死率高[1]。在我國,HBV相關(guān)的ACLF(HBV-ACLF)占ACLF病例的70%以上[2-3]。ACLF是一個高度動態(tài)的過程;因此,對反映住院期間肝功能衰竭過程的生物標(biāo)志物進(jìn)行連續(xù)評估可能會加強(qiáng)對ACLF患者的管理[4]。近年來,越來越多的研究表明,損傷相關(guān)分子模式(DAMPs)可以作為慢加急肝功能衰竭潛在的預(yù)后生物標(biāo)志物。DAMPs是大量具有生理功能的細(xì)胞內(nèi)分子,存在于細(xì)胞核、線粒體或細(xì)胞質(zhì)中,包括核酸、蛋白質(zhì)和糖類等[5]。在正常生理條件下,免疫系統(tǒng)無法識別DAMPs,但當(dāng)細(xì)胞受到應(yīng)激或死亡時,DAMPs會被釋放出來。一些研究表明,ACLF患者的血液中DAMPs的水平明顯升高,包括高遷移率族蛋白1(HMGB1)和白細(xì)胞介素(IL)-33等[6-7]。DAMPs的水平可能與ACLF的治療和預(yù)后有關(guān)。本文綜述了ACLF中各種DAMPs的作用機(jī)制和預(yù)后相關(guān)性研究進(jìn)展。

1 DAMPs在ACLF中的作用機(jī)制

DAMPs在ACLF的發(fā)生和發(fā)展中起著重要作用,釋放到細(xì)胞外的DAMPs可激活免疫系統(tǒng),引起炎癥反應(yīng)和組織損傷[8]。因此,在肝臟疾病中,DAMPs的釋放可能是肝細(xì)胞壞死、肝纖維化和肝癌等疾病的原因之一,可以通過血液檢測這些分子來評估肝臟損傷的程度和預(yù)測患者的預(yù)后。DAMPs的在ACLF中作用機(jī)制主要包括以下3個方面。

1.1促進(jìn)炎癥反應(yīng) 在ACLF中,炎癥反應(yīng)是一個重要的病理過程。DAMPs具有無菌的促炎功能,釋放到細(xì)胞外的DAMPs可以與免疫細(xì)胞表面的受體結(jié)合,激活免疫系統(tǒng),引起炎癥反應(yīng)[9-10]。并能刺激白細(xì)胞的募集、細(xì)胞因子和趨化因子的生成,調(diào)節(jié)白細(xì)胞的黏附和遷移,進(jìn)一步放大和維持炎癥反應(yīng)[10]。例如HMGB1、熱休克蛋白(HSPs)、S100等DAMPs可以與Toll樣受體4(TLR4)結(jié)合,激活炎癥反應(yīng)[10]。雖然局部炎癥反應(yīng)在組織修復(fù)和再生中起著重要作用[8],但是過度或持續(xù)的炎癥也可能導(dǎo)致全身性和不受控制的炎癥反應(yīng),使急性失代償性肝硬化易于發(fā)展為ACLF[11]。

1.2促進(jìn)肝細(xì)胞凋亡 DAMPs可以促進(jìn)肝細(xì)胞凋亡,導(dǎo)致肝細(xì)胞死亡和肝臟功能損傷。在ACLF中,肝細(xì)胞凋亡是一個重要的病理過程。研究表明,HMGB1、線粒體DNA(mtDNA)等DAMPs可以促進(jìn)肝細(xì)胞凋亡,與肝臟功能的惡化密切相關(guān)[12]。調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡這一過程涉及凋亡細(xì)胞釋放各種DAMPs,而DAMPs也可以促進(jìn)細(xì)胞凋亡,導(dǎo)致組織損傷[13]。另外,DAMPs是描述凋亡為免疫原性的必要先決條件,凋亡細(xì)胞釋放的DAMPs連同細(xì)胞因子和趨化因子,使凋亡細(xì)胞具有免疫原性,從而能夠引起CD8+T細(xì)胞介導(dǎo)的反應(yīng)[12]。

1.3促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷 當(dāng)DAMPs釋放到細(xì)胞外環(huán)境時,不僅可以激活先天免疫細(xì)胞,還可以激活非免疫細(xì)胞,如上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞[14]。在ACLF中,血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷是一個重要的病理過程,DAMPs可以促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷,導(dǎo)致血管通透性增加和組織水腫[15]。這是由于DAMPs可以激活炎癥反應(yīng),引發(fā)血管內(nèi)皮細(xì)胞的炎癥反應(yīng),導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞損傷;另外,DAMPs可以促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的氧化應(yīng)激,導(dǎo)致細(xì)胞損傷和死亡。HUANG等[16]證實mtDNA可通過Hippo信號通路抑制內(nèi)皮細(xì)胞增殖,間接導(dǎo)致炎性損傷中存活的內(nèi)皮細(xì)胞的再生能力受損。

2 與ACLF相關(guān)的DAMPs的類型和功能

2.1HMGB1 HMGB1是研究最深入的DAMPs之一。HMGB1由免疫活性細(xì)胞主動分泌或從凋亡的壞死細(xì)胞被動釋放,激活免疫反應(yīng),促進(jìn)炎癥和癌癥的發(fā)展[17]。HMGB1通過與多種受體結(jié)合傳遞危險信號,從而加劇一系列與炎癥性疾病、自身免疫性疾病和癌癥密切相關(guān)的細(xì)胞反應(yīng)[18]。細(xì)胞外HMGB1通過與其經(jīng)典受體的相互作用向周圍細(xì)胞傳遞危險信號。例如HMGB1可以與晚期糖基化終產(chǎn)物受體(RAGE)結(jié)合[19],并與toll樣受體2/4/9 (TLR-2/4/9)一起誘導(dǎo)炎癥[20]。HMGB1是許多炎性疾病中重要的促炎分子,與ACLF早期肝損傷、免疫激活以及進(jìn)一步的免疫損傷密切相關(guān)。

一些臨床實驗表明,血清或組織HMGB1水平的升高與ACLF炎癥的發(fā)生發(fā)展呈正相關(guān)。JHUN等[21]研究表明,重型HBV患者肝組織中HMGB1、RAGE、IL-17的表達(dá)升高,HMGB1/RAGE軸誘導(dǎo)的IL-17表達(dá)進(jìn)一步加重了HBV患者外周血細(xì)胞的炎癥反應(yīng),下調(diào)HMGB1/RAGE軸可以效減輕炎癥反應(yīng)。然而,WU等[22]發(fā)現(xiàn)ACLF患者的促炎細(xì)胞因子水平顯著升高,而血清HMGB1水平?jīng)]有變化,HMGB1的水平可能反映炎癥和組織損傷的嚴(yán)重程度,表明HMGB1可作為ACLF的生物標(biāo)志物和阻斷炎癥通路的潛在靶點。

HMGB1參與ACLF發(fā)生的機(jī)制已得到部分證實。XU等[23]使用脂多糖(LPS)或TNF-α刺激膽管癌細(xì)胞4 h,發(fā)現(xiàn)HMGB1開始逐漸升高,直至刺激結(jié)束;由于缺血缺氧,炎癥刺激導(dǎo)致初始肝細(xì)胞死亡,HMGB1釋放,表明HMGB1在ACLF相關(guān)的全身性炎癥中起關(guān)鍵作用。在用富含lncRNA的轉(zhuǎn)錄-1 (NEAT1)相關(guān)腺病毒處理的ACLF小鼠中,血清促炎細(xì)胞因子IL-22、IL-6和HMGB1的水平顯著降低,因為NEAT1阻斷了ACLF大鼠模型中TRAF6的泛素化,從而抑制了炎癥反應(yīng)[23]。FANG等[24]報道槲皮素通過抑制HMGB1及其易位減少氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡,從而減輕ACLF大鼠的肝損傷;YANG等[25]發(fā)現(xiàn)血漿可溶性T細(xì)胞免疫球蛋白和含黏液結(jié)構(gòu)域分子-3 (sTim-3)在ACLF中顯著增加,抑制HMGB1的釋放,通過促進(jìn)自噬和調(diào)節(jié)單核/巨噬細(xì)胞功能減輕炎癥反應(yīng)和肝損傷。最新研究結(jié)果顯示HMGB1誘導(dǎo)肝細(xì)胞熱凋亡可增強(qiáng)炎癥反應(yīng)加重ACLF,體內(nèi)抑制HMGB1可明顯改善ACLF大鼠肝功能和凝血功能,表明HMGB1是ACLF治療的潛在治療靶點[7]?？傊?HMGB1在ACLF中的作用機(jī)制尚不完全清楚。用一定的藥物或小分子制劑阻斷HMGB1的產(chǎn)生,可以減輕ACLF過程中的炎癥反應(yīng),可能是ACLF新的靶向治療策略。

2.2IL-1家族細(xì)胞因子 IL-1超家族成員參與許多炎癥疾病,如肥胖、心血管疾病、癌癥、病毒或寄生蟲感染、自身炎癥綜合征和肝臟疾病[26]。IL-1超家族在肝臟疾病中的作用可以是保護(hù)性的,也可以是促炎性的,研究最多的兩個成員,即IL-33和IL-1α,被認(rèn)為是雙功能細(xì)胞因子,即它們具有細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子和細(xì)胞外炎癥有效調(diào)節(jié)因子的雙重作用[26]。

2.2.1IL-1α IL-1α是IL-1超家族的一員,在細(xì)胞損傷或凋亡過程中,通過RIPK3/胱天蛋白酶-8凋亡信號轉(zhuǎn)導(dǎo)以胱天蛋白酶1依賴的方式從經(jīng)歷TNF誘導(dǎo)的壞死性死亡的巨噬細(xì)胞或凋亡小體中釋放。作為一種常見的促炎因子,IL-1α在肝損傷中得到了深入的研究,主要涉及急性肝衰竭(ALF),較少涉及ACLF。MONTEIRO等[11]研究和其他動物模型的研究證實,代償性肝硬化中ACLF的發(fā)展與IL-1α和IL-1b的增加有關(guān)。全身炎癥很容易導(dǎo)致ACLF,這可能與炎癥小體的激活有關(guān)。IL-1α與IL-1α受體(IL-1R)結(jié)合可以觸發(fā)炎癥反應(yīng),它們向下游傳遞炎癥信號,誘導(dǎo)免疫細(xì)胞的積累并促進(jìn)炎癥細(xì)胞因子的分泌[27]。IL-1α/IL-1R1軸促進(jìn)肝細(xì)胞大規(guī)模壞死和炎癥細(xì)胞浸潤肝組織從而導(dǎo)致器官衰竭[26]。研究發(fā)現(xiàn)在慢性感染期間,IL-1R-/-小鼠的ALF癥狀明顯減輕,且存活率高于野生型小鼠,這是由于前者的炎癥反應(yīng)減弱,使它們能夠從惡病質(zhì)中恢復(fù)[28],提示IL-1α在小鼠暴發(fā)性肝功能衰竭的發(fā)病機(jī)制中起著核心作用。羅伊氏乳桿菌DSM 17938是一種潛在的預(yù)防或治療肝功能衰竭的益生菌,在一項研究中,在用羅伊氏乳桿菌DSM 17938治療的大鼠模型中,血清IL-1α水平、炎癥狀態(tài)和急性肝損傷顯著降低[29]。GEHRKE等[30]研究表明使用IL-1α的會加重肝損傷的程度,但是通過用IL-1ra阻斷IL-1R1可以減輕ALF的嚴(yán)重程度?？傊?通過阻斷IL-1α/IL-1R軸是可能是一種治療ALF/ACLF的方法。

2.2.2IL-33 作為一種組織衍生的核細(xì)胞因子,IL-33主要來源于炎癥過程中的內(nèi)皮細(xì)胞、上皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞。IL-33可以通過結(jié)合抑瘤性膜受體2(ST2)刺激細(xì)胞的先天免疫和適應(yīng)性免疫。ST2是Toll樣受體超家族的成員,在許多免疫細(xì)胞的表面表達(dá)[31]。目前,關(guān)于ACLF中IL-33/ST2軸的研究很少。

部分研究認(rèn)為IL-33具有抗炎活性。KOTSIOU等[32]總結(jié)了先前的研究,發(fā)現(xiàn)急性大規(guī)模肝損傷可能導(dǎo)致細(xì)胞釋放IL-33,IL-33可能是組織自我保護(hù)和修復(fù)的激活劑或M2巨噬細(xì)胞的抗炎因子標(biāo)志物[33]。根據(jù)VOLAREVIC等[34]研究,刀豆蛋白A誘導(dǎo)的急性肝損傷可以通過激活I(lǐng)L-33/ST2軸來減輕,ST2缺陷小鼠出現(xiàn)更嚴(yán)重的肝炎和更多的肝臟炎癥細(xì)胞浸潤,這表明IL-33/ST2軸有可能是一種保護(hù)因子。

然而,IL-33作為一種肝纖維化因子,在慢性肝損傷中加重肝臟惡化[33]。這是由于IL33/ST2促進(jìn)核因子(NF)-kB、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)或細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)/p38MAPK途徑的激活,以產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子和Th2型相關(guān)細(xì)胞因子[35],對肝細(xì)胞造成毒性損傷。DU等[6]研究報道,ACLF患者的血清和肝組織中IL-33/ST2的表達(dá)水平顯著升高,并且發(fā)現(xiàn)血清IL-33的水平與肝病的嚴(yán)重程度有關(guān)。YUAN等[36]的研究表明,與CHB組相比,CHB-ACLF組的血清IL-33和sST2明顯升高。這些研究提示血清IL-33和sST2在可作為評估疾病嚴(yán)重程度和早期識別的標(biāo)志物?？傊?豐富的臨床證據(jù)和實驗數(shù)據(jù)表明,IL-33/ST2通路與各種急性肝病的發(fā)生和發(fā)展有關(guān),但I(xiàn)L-33/ST1軸在ALF/ACLF中的作用仍存在爭議。

2.3HSPs HSPs由熱休克、缺血、缺氧和其他應(yīng)激因素產(chǎn)生,參與蛋白質(zhì)的正確折疊、修飾和成熟;有助于老化蛋白質(zhì)的降解;在細(xì)胞應(yīng)激期間表達(dá);并在調(diào)節(jié)抗原呈遞、炎癥信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞凋亡中發(fā)揮重要作用[5,37-39]。HSPs在癌癥細(xì)胞的增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移和凋亡逃避中起著重要作用,并促進(jìn)疾病的發(fā)展。到目前為止,關(guān)于HSPs在ACLF中的機(jī)制的研究很少,已經(jīng)進(jìn)行的研究主要與急性肝損傷(ALI)和ALF有關(guān)。

長期以來,HSPs被認(rèn)為是ALI和ALF發(fā)生的保護(hù)因素。如前列腺素[40]、雙環(huán)醇[41]護(hù)肝的部分機(jī)制是通過增強(qiáng)肝臟中HSP70的產(chǎn)生來預(yù)防肝損傷或衰竭;鹽酸杜鵑花微藻能增加HSP25,改善肝性腦病患者的腦組織病理學(xué)變化,有利于ALF的預(yù)后[42];日本味噌提取物可以增強(qiáng)葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白(GRP)78的表達(dá),抑制甲肝病毒(HAV)的復(fù)制,減少ALF[43];山奈酚在ALF小鼠模型中的保護(hù)作用是通過增加GRP78的表達(dá)來抑制肝細(xì)胞的凋亡[44]。

雖然在大多數(shù)研究中提示HSPs是肝組織損傷修復(fù)的重要保護(hù)因子,其水平的提高有助于患者的預(yù)后和療效預(yù)測,但對一些機(jī)制仍有爭議。一些研究報道,GRP78和GRP94是急性肝損傷或肝衰竭的重要因素。例如BAUDI等[45]發(fā)現(xiàn)IFN-α介導(dǎo)的病毒感染引起的急性肝損傷可以通過抑制GRP78來緩解,其機(jī)制是IFN-α通過減少未折疊蛋白反應(yīng)(UPR)誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)的細(xì)胞死亡,GRP78促進(jìn)UPR高表達(dá),減少IFN-α介導(dǎo)的小鼠肝損傷。ZHANG等[46]發(fā)現(xiàn)過氧化物酶體增殖體激活受體α(PPARα)可以改善ALF引起的肝損傷;其機(jī)制主要是通過調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和減少GRP78、GRP94和其他蛋白的表達(dá)來減少肝細(xì)胞凋亡。對HSPs家族在ALF/ACLF中的研究相對較少,HSPs在肝組織損傷過程中的作用仍不清楚。由于缺乏基礎(chǔ)實驗,需要對HSPs進(jìn)行更多的研究來闡明其機(jī)制。

2.4組蛋白類 組蛋白是真核染色質(zhì)的重要結(jié)構(gòu)成分,有助于調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。組蛋白被認(rèn)為是全身性炎癥疾病的關(guān)鍵介質(zhì),可誘導(dǎo)內(nèi)皮損傷和血小板聚集,激活凝血和細(xì)胞因子的產(chǎn)生,并可能導(dǎo)致敗血癥、嚴(yán)重創(chuàng)傷、血管炎和急性肝、腎、腦和肺損傷[47-48]。近年來,人們越來越關(guān)注組蛋白作為DAMPs分子在ACLF中的作用,以尋找潛在的新的生物標(biāo)志物和治療靶點。在ALF小鼠模型中,丙酮酸脫氫酶復(fù)合物和乳酸脫氫酶轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中,導(dǎo)致細(xì)胞核中乙酰輔酶A和乳酸濃度增加,促進(jìn)組蛋白H3乙?；蛽p傷相關(guān)基因的表達(dá),而酶抑制劑藤黃和棓黃素可以減輕ALF小鼠的肝損傷,提高生存率[49],表明細(xì)胞外組蛋白是誘導(dǎo)全身炎癥、細(xì)胞損傷和多器官衰竭的主要介質(zhì)。

雖然對ACLF中細(xì)胞外H3和H4的研究較少,機(jī)制尚不清楚,但一些實驗表明,細(xì)胞外組蛋白在肝損傷中起著不可替代的作用。組蛋白作為促炎蛋白在ACLF中的重要性有待進(jìn)一步探討。

2.5S100蛋白 S100蛋白在炎癥狀態(tài)下由多種細(xì)胞釋放的鈣結(jié)合蛋白,具有促進(jìn)炎癥相關(guān)基因的表達(dá)和細(xì)胞損傷作用,其中S100B是這類蛋白中最早被發(fā)現(xiàn)的成員,主要在大腦中由星形膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá),盡管一些神經(jīng)元群體也有表達(dá)[50]。S100蛋白家族是啟動和維持炎癥的關(guān)鍵介質(zhì),不僅放大初始炎癥信號,誘導(dǎo)炎癥反應(yīng),而且在一定條件下還能減緩炎癥,促進(jìn)組織修復(fù),調(diào)節(jié)炎癥、細(xì)胞增殖和分化、能量代謝、凋亡、鈣穩(wěn)態(tài)、細(xì)胞骨架功能和微生物耐藥。該家族也正在成為識別和監(jiān)測各種疾病的新的診斷標(biāo)記[50]。目前對ACLF的研究主要集中在血清學(xué)實驗上,其作用機(jī)制有待進(jìn)一步闡明。

早期研究發(fā)現(xiàn),暴發(fā)性肝炎患者、ACLF或ALF患者血清S100b水平均明顯高于肝硬化患者和正常對照,但與生存率無關(guān)[51]。在小兒急性肝衰竭(PALF)患兒中,血清S100b水平可能與疾病的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)[51]。另有研究發(fā)現(xiàn)M2巨噬細(xì)胞可通過抑制S100A9蛋白相關(guān)的壞死炎癥軸,減輕ACLF小鼠的肝損傷并發(fā)揮保護(hù)作用,這為ACLF患者的治療提供了新的思路[52]。在臨床實驗的基礎(chǔ)上,S100蛋白可作為ACLF新的潛在炎癥標(biāo)志物,輔助ACLF的診斷或評估其預(yù)后。

3 小 結(jié)

ACLF是一種全身炎癥的疾病模型,對DAMPs和ACLF之間相互作用的研究將為先天免疫和適應(yīng)性免疫反應(yīng)的研究增加價值,這些研究可以擴(kuò)展到ACLF以外的其他炎癥疾病。隨著新研究工具的發(fā)展,如單細(xì)胞RNA-seq和其他尖端技術(shù)的發(fā)展,ACLF發(fā)展的免疫學(xué)特征將進(jìn)一步確定,DAMPs如何影響免疫細(xì)胞極化及其對ACLF的后續(xù)影響將被揭示?？傊?研究者對DAMPs及其在ACLF中的相互作用進(jìn)行了文獻(xiàn)綜述,以增加對這一研究領(lǐng)域的理解,并為尋找合適的ACLF免疫干預(yù)措施提供了新的思路。未來的研究應(yīng)該重點關(guān)注DAMPs與ACLF的發(fā)病機(jī)制、治療和預(yù)后之間的關(guān)系,以便更好地管理和治療ACLF。