炎癥在肝纖維化中的作用

李 婷， 劉華寶， 胡文艷， 饒春燕

重慶市中醫(yī)院 肝病科， 重慶 400021

肝纖維化是由多種因素引起的慢性肝損傷所導(dǎo)致的細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)不斷積累，形成瘢痕組織的病理過程。主要表現(xiàn)為肝星狀細(xì)胞(hepatic stellate cell，HSC)被激活轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞(myofibroblasts，MF)，ECM過度沉積，替代受損的肝組織[1]。慢性肝損傷引起的細(xì)胞死亡和炎癥是肝纖維化發(fā)展的2個(gè)核心因素[2]。了解炎癥信號(hào)在肝纖維化中的作用，有利于肝纖維化的臨床診斷、治療以及新藥的研發(fā)。本文將從炎癥與肝纖維化間的聯(lián)系機(jī)制著眼，重點(diǎn)介紹肝臟炎癥信號(hào)的產(chǎn)生，以及HSC、Kupffer細(xì)胞、炎癥小體等在肝纖維化過程中的作用。

1 肝纖維化中炎癥信號(hào)的產(chǎn)生

肝纖維化多由肝毒性損傷和膽汁淤積性損傷這兩種常見的慢性肝損傷引起。肝毒性損傷是由HBV、HCV感染以及代謝綜合征誘發(fā)的非酒精性脂肪性肝炎(NASH)導(dǎo)致的。膽汁淤積性損傷是由原發(fā)性膽汁性膽管炎、原發(fā)性硬化性膽管炎、膽道閉鎖等疾病導(dǎo)致的膽汁流動(dòng)受阻引起的[1]。病毒、細(xì)菌、膽汁酸、酒精代謝物等肝毒性物質(zhì)引發(fā)肝細(xì)胞損傷和死亡[3]。損傷的肝細(xì)胞中核因子-κB(NF-κB)等信號(hào)通路被激活，誘導(dǎo)TNFα、IL-6和CC類趨化因子配體2(chemokine CC motif ligand 2，CCL2)等促炎細(xì)胞因子和趨化因子的釋放，誘發(fā)炎癥反應(yīng)[4]。同時(shí)，細(xì)胞壞死、壞死性凋亡以及細(xì)胞焦亡等形式的肝細(xì)胞死亡也會(huì)伴隨大量炎癥介質(zhì)的釋放，加劇炎癥反應(yīng)，進(jìn)一步激活HSC和Kupffer細(xì)胞引發(fā)肝纖維化(圖1)[5]。研究[6]表明，NASH患者肝細(xì)胞的死亡程度與肝纖維化的嚴(yán)重程度密切相關(guān)。

此外，損傷或死亡的肝細(xì)胞釋放損傷相關(guān)模式分子(damage-associated molecular pattern，DAMPS)也在纖維化的發(fā)展和炎癥中發(fā)揮重要作用。DAMPS不僅直接激活HSC(圖1)，還可誘發(fā)無菌炎癥進(jìn)一步導(dǎo)致肝細(xì)胞損傷[7]。DAMPS是一種內(nèi)源性分子，主要包括高遷移率族盒蛋白1(high mobility group box-1，HMGB-1)、雙鏈/單鏈的DNA或RNA、線粒體DNA、三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)等[8]。HMGB-1是一種非組蛋白，在真核細(xì)胞中廣泛表達(dá)。壞死的肝細(xì)胞分泌的HMGB-1能夠與Toll樣受體(Toll-like receptors，TLR)4、9結(jié)合，激活NF-κB信號(hào)而促進(jìn)炎癥反應(yīng)，還可與單鏈NDA、脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)、IL-1β等其他炎癥因子形成復(fù)合物，啟動(dòng)炎癥反應(yīng)[9-10]。而且，HMGB-1對(duì)中性粒細(xì)胞在肝損傷部位的募集也有一定的影響[11]。HMGB-1還能夠激活HSC，促進(jìn)α平滑肌肌動(dòng)蛋白(alpha-smoothmuscleactin，α-SMA)生成并抑制基質(zhì)金屬蛋白酶-2的表達(dá)，增加ECM的沉積，加重肝纖維化[12]。肝細(xì)胞死亡或損傷釋放ATP，而細(xì)胞外高濃度的ATP刺激嘌呤能受體P2X7激活核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3(nucleotide binding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3)炎癥小體，產(chǎn)生具有活性的IL-1β[13]。在細(xì)胞損傷的情況下，組蛋白也會(huì)釋放至細(xì)胞外，起到DAMPS的作用，與TLR2/4結(jié)合，通過促進(jìn)NLRP3炎癥小體的形成誘導(dǎo)無菌炎癥[14]。過氧化物還原酶-1(peroxiredoxin-1，Prdx1)是一種新發(fā)現(xiàn)的與肝損傷有關(guān)的DAMPS，Prdx1與TLR2/4結(jié)合激活NLRP3炎癥小體介導(dǎo)炎癥反應(yīng)的發(fā)生，同時(shí)，Prdx1還通過激活NF-κB和NLRP3炎癥小體，參與IL-1β、IL-6和TNFα等炎癥因子的產(chǎn)生[15-16]。

圖1 炎癥信號(hào)激活HSC機(jī)制圖

死亡的肝細(xì)胞也可通過其他方式介導(dǎo)炎癥反應(yīng)以及HSC的激活。研究[17]表明，肝細(xì)胞凋亡所產(chǎn)生的凋亡小體被HSC吞噬后激活HSC(圖1)，并上調(diào)前膠原α1、TGFβ1、NADPH氧化酶的表達(dá)以及胞內(nèi)活性氧(reactive oxygen species，ROS)水平。ROS可直接或間接激活NLRP3炎癥小體，促進(jìn)炎癥反應(yīng)的發(fā)生[18]。

2 聯(lián)系炎癥與肝纖維化的細(xì)胞和炎癥介質(zhì)

2.1 肝星狀細(xì)胞(HSC) HSC是肝纖維化中炎癥信號(hào)的主要接收細(xì)胞和促纖維化的主要效應(yīng)細(xì)胞[19]。肝細(xì)胞損傷、死亡引發(fā)炎癥反應(yīng)，炎癥激活HSC引起ECM的分泌和沉積而導(dǎo)致肝纖維化。正常生理狀態(tài)下，HSC位于肝Disse腔中，處于靜止?fàn)顟B(tài)，胞漿內(nèi)含有大量的維生素A脂滴。HSC被激活后，胞內(nèi)維生素A含量減少，脂肪生成表型喪失，轉(zhuǎn)化為具有增殖和收縮能力的MF。在這個(gè)過程中，活化的HSC遷移到損傷部位，產(chǎn)生大量的ECM和炎癥介質(zhì)，Disse腔中的IV型膠原蛋白被纖維狀的Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白所取代，形成瘢痕組織。此外，激活的HSC表達(dá)高水平的α-SMA和金屬蛋白酶組織抑制因子-1(tissue inhibitors of metalloproteinase-1，TIMP-1)，促使其從脂肪細(xì)胞表型向促纖維化和炎癥表型的轉(zhuǎn)變[4,19]。在慢性損傷性肝病中，受損及死亡的肝細(xì)胞、Kupffer細(xì)胞、骨髓來源的巨噬細(xì)胞和膽管細(xì)胞等分泌的炎癥介質(zhì)持續(xù)刺激HSC，導(dǎo)致肝纖維化程度不斷加重。HSC還通過其表面的TLR接收腸源性信號(hào)促進(jìn)其活化和纖維化[20]。在肥胖癥中，瘦素也能介導(dǎo)HSC的激活，瘦素基因缺陷大鼠能夠抵抗CCl4誘導(dǎo)的肝纖維化[4]。

2.2 Kupffer細(xì)胞 Kupffer細(xì)胞是肝臟中固有的巨噬細(xì)胞，主要位于肝血竇中，占體內(nèi)巨噬細(xì)胞的80%～90%，在清除和防御胃腸道來源的細(xì)菌及致病物質(zhì)中發(fā)揮重要作用[21]。在肝損傷的情況下，Kupffer細(xì)胞被DAMPS或LPS、病毒DNA等病原相關(guān)模式分子(pathogen-associated molecular patterns，PAMPS)激活，促使Kupffer細(xì)胞中炎癥小體的合成和活化以及IL-1β、IL-18、CCL2的釋放，這些改變將導(dǎo)致循環(huán)中白細(xì)胞(單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞)的募集和肝竇內(nèi)皮細(xì)胞血管細(xì)胞黏附分子的增加[19]。激活的Kupffer細(xì)胞還可與TLR、甘露糖受體和Nod樣受體等模式識(shí)別受體結(jié)合刺激HSC活化[3,21]。有研究[22-23]發(fā)現(xiàn)，Kupffer細(xì)胞被LPS激活后與TLR4結(jié)合，產(chǎn)生TNFα、IL-1β、IL-6、IL-12、IL-18激活HSC(圖1)。

肝纖維化中，TNFα、IL-1β通過上調(diào)TIMP-1，下調(diào)骨成形蛋白-激活素膜結(jié)合阻斷因子(BMP and the activin membrane-bound inhibitor，BAMBI)并抑制ECM的分解，阻止HSC凋亡而加重纖維化程度。有研究表明，IL-1β的基因敲入小鼠會(huì)發(fā)生自發(fā)性肝損傷和肝纖維化[20]，而IL-1β基因敲除小鼠則能預(yù)防脂肪性肝炎和肝纖維化的發(fā)生[24]。TNFα和腫瘤壞死因子受體1(tumor necrosis factor receptor type 1，TNFR1)基因缺陷小鼠能減輕膽汁淤積導(dǎo)致的肝纖維化[20]。而IL-6作為一種經(jīng)典的促炎因子，常被用于臨床判斷慢性肝纖維化的活動(dòng)程度[25]。

2.3 骨髓來源的巨噬細(xì)胞 巨噬細(xì)胞分為促炎的M1型與抗炎的M2型，M1巨噬細(xì)胞在LPS、TNFα和干擾素γ的誘導(dǎo)下，表達(dá)TNFα、IL-6和IL-1，參與慢性肝炎的發(fā)病過程。M2巨噬細(xì)胞在IL-4、IL-10、IL-13誘導(dǎo)下產(chǎn)生IL-10、TGFβ、血小板衍生生長因子(Platelet derived growth factor，PDGF)以及表皮生長因子發(fā)揮抗炎和促進(jìn)創(chuàng)面愈合的作用[26-27]。Kupffer細(xì)胞和骨髓來源的巨噬細(xì)胞均高度表達(dá)TGFβ(圖1)，表明這2種細(xì)胞均具有促肝纖維化的作用[28]。TGFβ是肝纖維化過程中關(guān)鍵的調(diào)節(jié)因子。TGFβ能夠激活細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶、p38以及c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)等3條絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信號(hào)通路，激活HSC29]。TGFβ1還可通過激活Notch通路、增加α-SMA的表達(dá)促進(jìn)HSC向MF轉(zhuǎn)化[30]。在活化的HSC中，TGFβ通過Smad依賴途徑誘導(dǎo)Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白的轉(zhuǎn)錄，但同時(shí)也會(huì)抑制HSC的增殖[31]。此外，TGFβ還抑制了自然殺傷細(xì)胞(natural killer cell，NK)的活性，阻止NK細(xì)胞誘導(dǎo)的HSC凋亡，影響NK細(xì)胞的抗纖維化功能[32]。

研究[33-34]發(fā)現(xiàn)，在動(dòng)物模型中CCL2和其他趨化因子可促進(jìn)CCR2+/Ly-6Chigh單核細(xì)胞募集到肝臟中的受損部位，轉(zhuǎn)化為促進(jìn)炎癥、血管生成和纖維生成的 Ly-6C+巨噬細(xì)胞。Ly-6C+巨噬細(xì)胞可通過釋放TGFβ1和PDGF刺激 HSC向 MF轉(zhuǎn)化。促纖維化的Ly-6C+巨噬細(xì)胞可通過激活NF-κB信號(hào)來提高M(jìn)F的存活，還可通過CCL2實(shí)現(xiàn)MF的募集。

2.4 炎癥小體 炎癥小體是一種由Nod樣受體、凋亡相關(guān)的斑點(diǎn)樣蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD，ASC)和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1(cysteine-containing aspartate-specific proteases，Caspase-1)組成的蛋白復(fù)合物。模式識(shí)別受體通過識(shí)別的DAMPS或PAMPS促進(jìn)炎癥小體的組裝和激活，活化的炎癥小體可誘導(dǎo)IL-1β前體和IL-18前體的翻譯轉(zhuǎn)錄及Caspase-1活化[35]。炎性小體及其下游效應(yīng)因子在肝纖維化發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的作用[2]。在實(shí)驗(yàn)性肝纖維化模型中，NLRP1、NLRP3和黑色素瘤缺乏因子2炎性小體在Kupffer細(xì)胞和HSC表達(dá)均顯著上升[36]。小鼠NLRP3炎癥小體的持續(xù)激活可導(dǎo)致嚴(yán)重的肝臟炎癥、纖維化和肝細(xì)胞凝固性壞死[37]。在NASH小鼠模型中，NLRP炎癥小體的激活誘導(dǎo)纖維化反應(yīng)[38]。另有研究[39]發(fā)現(xiàn)，NLRP3炎癥小體以及其組成部分(Caspase 1、NLRP3、ASC)在慢性HCV患者和NASH患者中均明顯升高，且與TIMP-1、α-SMA、Ⅰ型膠原蛋白的表達(dá)具有相關(guān)性；肝纖維化患者的肝組織活檢中也發(fā)現(xiàn)α-SMA陽性，細(xì)胞中NLRP3的表達(dá)升高。以上研究表明，炎癥小體可能是誘導(dǎo)纖維化發(fā)展的關(guān)鍵因素。

2.5 IL家族

2.5.1 IL-17 IL-17由輔助性T淋巴細(xì)胞17(T helper cell 17，Th17)分泌，在病毒性肝炎、酒精性肝病和自身免疫性肝炎中呈高表達(dá)。在實(shí)驗(yàn)性肝纖維化模型中，IL-17A通過激活NF-κB和轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)刺激Kupffer細(xì)胞和HSC產(chǎn)生IL-6、TNFα與TGFβ。IL-17還可通過STAT3依賴途徑直接誘導(dǎo)HSC活化。IL-17A和IL-17RA缺陷小鼠均顯示肝纖維化減輕[40-41]。

2.5.2 IL-20 IL-20是一種促纖維化的細(xì)胞因子，其含量在患有肝纖維化的人和小鼠中顯著上升。IL-20可促進(jìn)HSC的激活、增殖和遷移。抑制IL-20及其受體，不僅可以減輕肝纖維化，還可以減輕肝損傷，提示IL-20不僅可作用于HSC，還可作用于肝細(xì)胞[42]。

2.5.3 IL-33 IL-33是IL-1家族成員，主要誘導(dǎo)Th2型免疫應(yīng)答。正常情況下，IL-33位于細(xì)胞核中發(fā)揮轉(zhuǎn)錄因子的作用。當(dāng)細(xì)胞受損后IL-33被分泌至胞外，與生長刺激表達(dá)基因2蛋白(growth STimulation expressed gene 2，ST2)結(jié)合，從而作為細(xì)胞因子發(fā)揮作用。 IL-33和ST2在小鼠及人肝纖維化中的表達(dá)顯著上升。慢性肝損傷誘導(dǎo)肝細(xì)胞分泌IL-33，進(jìn)而刺激Ⅱ型固有淋巴細(xì)胞(Type Ⅱ innate lymphoid cells，ILC2)產(chǎn)生IL-13。IL-13通過IL-4Rα和STAT6促進(jìn)HCS活化。IL-33、ILC2基因缺陷小鼠均表現(xiàn)出抗肝纖維化能力[43]。

3 肝纖維化中的炎癥信號(hào)通路

3.1 TLR信號(hào)通路 TLR家族具有識(shí)別病原體的能力，包含10個(gè)成員：TLR1～10。其中TLR1、2、4、5、6位于細(xì)胞膜上，TLR3、7、8、9和10位于細(xì)胞內(nèi)溶酶體中。TLR及其配體結(jié)合會(huì)激活肝纖維化通路[44]。TLR2及其配體在HBV誘導(dǎo)的肝纖維化中刺激Kupffer細(xì)胞分泌IL-10，而且TLR2與TLR1或TLR6可以以同源二聚體或異源二聚體的形式通過MyD-88激活NF-kB信號(hào)。外泌體介導(dǎo)的TLR3信號(hào)通路可增加IL-17的分泌，促進(jìn)肝纖維化。在NASH大鼠模型中，TLR4-p38MAPK信號(hào)可誘導(dǎo)Kupffer細(xì)胞活化。TLR2和TLR9以MyD88依賴途徑激活HSC分泌CXC趨化因子配體1。TLR7可刺激樹突狀細(xì)胞分泌干擾素，激活Kupffer細(xì)胞產(chǎn)生促纖維化的IL-1受體拮抗劑[45]。

3.2 NF-κB信號(hào)通路 NF-κB是一種核轉(zhuǎn)錄因子，作為炎癥和細(xì)胞死亡的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，在許多慢性肝病中發(fā)揮重要作用。NF-κB信號(hào)可被TLR、IL-1β、TNFα等多種炎癥介質(zhì)、信號(hào)通路和細(xì)胞應(yīng)激激活，抑制NF-κB信號(hào)可有效促進(jìn)細(xì)胞死亡，抑制炎癥和纖維化[46]。HSC中NF-κB的激活導(dǎo)致HSC存活率增加，促進(jìn)纖維生成。抑制Kupffer細(xì)胞中的NF-κB信號(hào)可減輕CCl4誘導(dǎo)的肝纖維化[20,33]。此外，NF-κB激活導(dǎo)致HSC分泌趨化因子，使TLR4和TNFα介導(dǎo)的BAMBI下調(diào)，增加HSC對(duì)TGFβ的敏感性，從而增強(qiáng)纖維化[47]。

3.3 JNK信號(hào)通路 JNK是MAPK家族成員，JNK信號(hào)能夠被TLR、IL-1β、TNFα、ROS和飽和游離脂肪酸等激活，在肝細(xì)胞損傷、代謝、炎癥和纖維化等方面發(fā)揮重要作用[48]。在HSC中，JNK信號(hào)能通過促進(jìn)PDGF、TGFβ和血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)α-SMA以及膠原蛋白的生成發(fā)揮促纖維化作用，也可通過TGFβ和PDGF介導(dǎo)的Smad依賴途徑誘導(dǎo)膠原蛋白的生成，加重纖維化程度[49-50]。

4 結(jié)語

肝纖維化是一種肝臟應(yīng)對(duì)慢性損傷自我修復(fù)的過程。正常的炎癥反應(yīng)有利于肝損傷部位的愈合，但在慢性刺激下，持續(xù)的炎癥刺激會(huì)導(dǎo)致肝纖維化發(fā)展為肝硬化或肝細(xì)胞癌等不可逆的肝損傷。肝纖維化過程受炎癥信號(hào)和肝細(xì)胞、Kupffer細(xì)胞及HSC間的相互作用。肝毒性物質(zhì)導(dǎo)致肝細(xì)胞受損或死亡，釋放內(nèi)源性危險(xiǎn)信號(hào)。Kupffer細(xì)胞及其他炎癥細(xì)胞會(huì)被肝毒性物質(zhì)或DAMPS激活促進(jìn)炎癥細(xì)胞因子的釋放，并進(jìn)一步作用于所有其他類型的細(xì)胞，以維持炎癥狀態(tài)。炎癥信號(hào)激活HSC并促使其向分泌ECM且高度增殖的MF轉(zhuǎn)化。同時(shí)，無菌炎癥和炎癥小體的激活，也進(jìn)一步促進(jìn)纖維化形成與炎癥反應(yīng)的延續(xù)。雖然炎癥反應(yīng)是導(dǎo)致肝纖維化發(fā)生發(fā)展的重要因素，但目前以炎癥信號(hào)為靶點(diǎn)的肝纖維化臨床治療藥物卻相對(duì)匱乏。盡管在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?，IL-6、TNF、TGFβ抑制劑等多種藥物已成功逆轉(zhuǎn)肝纖維化，使纖維化組織得以消退。但上述藥物存在嚴(yán)重的副作用，例如抑制TNF可能會(huì)增加炎癥導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)，而長期阻斷TGFβ可能會(huì)抑制傷口愈合并促進(jìn)腫瘤的發(fā)生。由于這些細(xì)胞因子的功能對(duì)于維持體內(nèi)免疫反應(yīng)，組織修復(fù)平衡至關(guān)重要，因此，長期靶向性的抑制藥物的研發(fā)仍具有挑戰(zhàn)性。最新研究發(fā)現(xiàn)的幾種新的抑制肝臟炎癥藥物，如血清淀粉樣蛋白P，其作為五聚體蛋白家族的一員，由肝臟產(chǎn)生并分泌到血液中，可抑制單核細(xì)胞分化為纖維細(xì)胞，減少中性粒細(xì)胞對(duì)ECM蛋白的黏附，降低促炎巨噬細(xì)胞的激活，并促進(jìn)細(xì)胞碎片的吞噬[1]。近年來，中醫(yī)藥也因?yàn)槠涠喑煞?、多靶點(diǎn)的特點(diǎn)在肝纖維化的治療中備受關(guān)注。未來關(guān)于炎癥和纖維化的研究應(yīng)側(cè)重于確定“核心途徑”，不僅可以提高對(duì)這一復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的理解，還可以將治療重點(diǎn)放在特定的候選分子上，例如關(guān)鍵的上游調(diào)節(jié)因子或轉(zhuǎn)錄主調(diào)控因子。炎癥引發(fā)肝纖維化的過程錯(cuò)綜復(fù)雜，炎癥對(duì)纖維化的影響仍需要不斷的探索與研究。進(jìn)一步了解炎癥相關(guān)細(xì)胞、細(xì)胞因子和信號(hào)通路在肝纖維化中的相互作用，有助于肝纖維化發(fā)病機(jī)制的闡明和臨床新藥的研發(fā)。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：李婷負(fù)責(zé)撰寫論文；李婷、劉華寶、胡文艷負(fù)責(zé)查找文獻(xiàn)，分析資料；饒春燕負(fù)責(zé)擬定寫作思路，指導(dǎo)論文撰寫。