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)為肝星狀細胞(hepatic stellate cell，HSC)被激活轉(zhuǎn)化為肌成纖維細胞(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胞死亡和炎癥是肝纖維化發(fā)展的2個核心因素[2]。了解炎癥信號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)系機制著眼，重點介紹肝臟炎癥信號的產(chǎn)生，以及HSC、Kupffer細胞、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)致的膽汁流動受阻引起的[1]。病毒、細菌、膽汁酸、酒精代謝物等肝毒性物質(zhì)引發(fā)肝細胞損傷和死亡[3]。損傷的肝細胞中核因子-κB(NF-κB)等信號通路被激活，誘導(dǎo)TNFα、IL-6和CC類趨化因子配體2(chemokine CC motif ligand 2，CCL2)等促炎細胞因子和趨化因子的釋放，誘發(fā)炎癥反應(yīng)[4]。同時，細胞壞死、壞死性凋亡以及細胞焦亡等形式的肝細胞死亡也會伴隨大量炎癥介質(zhì)的釋放，加劇炎癥反應(yīng)，進一步激活HSC和Kupffer細胞引發(fā)肝纖維化(圖1)[5]。研究[6]表明，NASH患者肝細胞的死亡程度與肝纖維化的嚴重程度密切相關(guān)。

此外，損傷或死亡的肝細胞釋放損傷相關(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)無菌炎癥進一步導(dǎo)致肝細胞損傷[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，在真核細胞中廣泛表達。壞死的肝細胞分泌的HMGB-1能夠與Toll樣受體(Toll-like receptors，TLR)4、9結(jié)合，激活NF-κB信號而促進炎癥反應(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，啟動炎癥反應(yīng)[9-10]。而且，HMGB-1對中性粒細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α平滑肌肌動蛋白(alpha-smoothmuscleactin，α-SMA)生成并抑制基質(zhì)金屬蛋白酶-2的表達，增加ECM的沉積，加重肝纖維化[12]。肝細胞死亡或損傷釋放ATP，而細胞外高濃度的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]。在細胞損傷的情況下，組蛋白也會釋放至細胞外，起到DAMPS的作用，與TLR2/4結(jié)合，通過促進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，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 炎癥信號激活HSC機制圖

死亡的肝細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，促進炎癥反應(yīng)的發(fā)生[18]。

2 聯(lián)系炎癥與肝纖維化的細胞和炎癥介質(zhì)

2.1 肝星狀細胞(HSC) HSC是肝纖維化中炎癥信號的主要接收細胞和促纖維化的主要效應(yīng)細胞[19]。肝細胞損傷、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，受損及死亡的肝細胞、Kupffer細胞、骨髓來源的巨噬細胞和膽管細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接收腸源性信號促進其活化和纖維化[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細胞 Kupffer細胞是肝臟中固有的巨噬細胞，主要位于肝血竇中，占體內(nèi)巨噬細胞的80%～90%，在清除和防御胃腸道來源的細菌及致病物質(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)中白細胞(單核細胞和中性粒細胞)的募集和肝竇內(nèi)皮細胞血管細胞黏附分子的增加[19]。激活的Kupffer細胞還可與TLR、甘露糖受體和Nod樣受體等模式識別受體結(jié)合刺激HSC活化[3,21]。有研究[22-23]發(fā)現(xiàn)，Kupffer細胞被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程度[25]。

2.3 骨髓來源的巨噬細胞 巨噬細胞分為促炎的M1型與抗炎的M2型，M1巨噬細胞在LPS、TNFα和干擾素γ的誘導(dǎo)下，表達TNFα、IL-6和IL-1，參與慢性肝炎的發(fā)病過程。M2巨噬細胞在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)揮抗炎和促進創(chuàng)面愈合的作用[26-27]。Kupffer細胞和骨髓來源的巨噬細胞均高度表達TGFβ(圖1)，表明這2種細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)信號通路，激活HSC29]。TGFβ1還可通過激活Notch通路、增加α-SMA的表達促進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，但同時也會抑制HSC的增殖[31]。此外，TGFβ還抑制了自然殺傷細胞(natural killer cell，NK)的活性，阻止NK細胞誘導(dǎo)的HSC凋亡，影響NK細胞的抗纖維化功能[32]。

研究[33-34]發(fā)現(xiàn)，在動物模型中CCL2和其他趨化因子可促進CCR2+/Ly-6Chigh單核細胞募集到肝臟中的受損部位，轉(zhuǎn)化為促進炎癥、血管生成和纖維生成的 Ly-6C+巨噬細胞。Ly-6C+巨噬細胞可通過釋放TGFβ1和PDGF刺激 HSC向 MF轉(zhuǎn)化。促纖維化的Ly-6C+巨噬細胞可通過激活NF-κB信號來提高MF的存活，還可通過CCL2實現(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。模式識別受體通過識別的DAMPS或PAMPS促進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]。在實驗性肝纖維化模型中，NLRP1、NLRP3和黑色素瘤缺乏因子2炎性小體在Kupffer細胞和HSC表達均顯著上升[36]。小鼠NLRP3炎癥小體的持續(xù)激活可導(dǎo)致嚴重的肝臟炎癥、纖維化和肝細胞凝固性壞死[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，細胞中NLRP3的表達升高。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。在實驗性肝纖維化模型中，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位于細胞核中發(fā)揮轉(zhuǎn)錄因子的作用。當(dāng)細胞受損后IL-33被分泌至胞外，與生長刺激表達基因2蛋白(growth STimulation expressed gene 2，ST2)結(jié)合，從而作為細胞因子發(fā)揮作用。 IL-33和ST2在小鼠及人肝纖維化中的表達顯著上升。慢性肝損傷誘導(dǎo)肝細胞分泌IL-33，進而刺激Ⅱ型固有淋巴細胞(Type Ⅱ innate lymphoid cells，ILC2)產(chǎn)生IL-13。IL-13通過IL-4Rα和STAT6促進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通路

3.1 TLR信號通路 TLR家族具有識別病原體的能力，包含10個成員：TLR1～10。其中TLR1、2、4、5、6位于細胞膜上，TLR3、7、8、9和10位于細胞內(nèi)溶酶體中。TLR及其配體結(jié)合會激活肝纖維化通路[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。外泌體介導(dǎo)的TLR3信號通路可增加IL-17的分泌，促進肝纖維化。在NASH大鼠模型中，TLR4-p38MAPK信號可誘導(dǎo)Kupffer細胞活化。TLR2和TLR9以MyD88依賴途徑激活HSC分泌CXC趨化因子配體1。TLR7可刺激樹突狀細胞分泌干擾素，激活Kupffer細胞產(chǎn)生促纖維化的IL-1受體拮抗劑[45]。

3.2 NF-κB信號通路 NF-κB是一種核轉(zhuǎn)錄因子，作為炎癥和細胞死亡的關(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信號可被TLR、IL-1β、TNFα等多種炎癥介質(zhì)、信號通路和細胞應(yīng)激激活，抑制NF-κB信號可有效促進細胞死亡，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，促進纖維生成。抑制Kupffer細胞中的NF-κB信號可減輕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TGFβ的敏感性，從而增強纖維化[47]。

3.3 JNK信號通路 JNK是MAPK家族成員，JNK信號能夠被TLR、IL-1β、TNFα、ROS和飽和游離脂肪酸等激活，在肝細胞損傷、代謝、炎癥和纖維化等方面發(fā)揮重要作用[48]。在HSC中，JNK信號能通過促進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)的炎癥刺激會導(dǎo)致肝纖維化發(fā)展為肝硬化或肝細胞癌等不可逆的肝損傷。肝纖維化過程受炎癥信號和肝細胞、Kupffer細胞及HSC間的相互作用。肝毒性物質(zhì)導(dǎo)致肝細胞受損或死亡，釋放內(nèi)源性危險信號。Kupffer細胞及其他炎癥細胞會被肝毒性物質(zhì)或DAMPS激活促進炎癥細胞因子的釋放，并進一步作用于所有其他類型的細胞，以維持炎癥狀態(tài)。炎癥信號激活HSC并促使其向分泌ECM且高度增殖的MF轉(zhuǎn)化。同時，無菌炎癥和炎癥小體的激活，也進一步促進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，但目前以炎癥信號為靶點的肝纖維化臨床治療藥物卻相對匱乏。盡管在動物實驗?zāi)Ｐ椭校琁L-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。但上述藥物存在嚴重的副作用，例如抑制TNF可能會增加炎癥導(dǎo)致的風(fēng)險，而長期阻斷TGFβ可能會抑制傷口愈合并促進腫瘤的發(fā)生。由于這些細胞因子的功能對于維持體內(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，可抑制單核細胞分化為纖維細胞，減少中性粒細胞對ECM蛋白的黏附，降低促炎巨噬細胞的激活，并促進細胞碎片的吞噬[1]。近年來，中醫(yī)藥也因為其多成分、多靶點的特點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”，不僅可以提高對這一復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的理解，還可以將治療重點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)肝纖維化的過程錯綜復(fù)雜，炎癥對纖維化的影響仍需要不斷的探索與研究。進一步了解炎癥相關(guān)細胞、細胞因子和信號通路在肝纖維化中的相互作用，有助于肝纖維化發(fā)病機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。

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