白細胞介素-4在肝臟疾病中的研究進展

董旭 許明曉 李成忠

作者單位：200433 上海 海軍軍醫大學第一附屬醫院(上海長海醫院)感染科

白細胞介素-4 (interleukin-4,IL-4)是為人熟知的細胞因子之一,隸屬IL-2細胞因子家族,可介導2型免疫反應,在多種免疫細胞的功能調節上起著重要作用。肝臟疾病的發病與免疫學機制密切相關,大量臨床數據與動物實驗研究表明,IL-4參與病毒性肝炎、自身免疫性肝病、藥物性肝損傷、肝纖維化和原發性肝癌等疾病的發生與發展過程,因此IL-4有望成為治療這些肝臟疾病的新靶點。本文對IL-4在肝臟疾病中的研究進展進行綜述。

一、IL-4的發現、結構與功能

1982年Howard發現T細胞培養上清中有一種能夠誘導小鼠B淋巴細胞增殖的因子,將其命名為B細胞生長因子1,1986年基因克隆成功,國際統一命名為IL-4。IL-4是由活化的T淋巴細胞、肥大細胞、嗜堿性粒細胞等產生的多效性細胞因子,其中主要由CD4+T細胞極化的Th2細胞亞群分泌[1]。人IL-4基因位于第5號染色體的關鍵區域,由4個外顯子和3個內含子組成(約10Kb),是現知淋巴因子基因中較大的一個。人IL-4 cDNA序列有153個氨基酸殘基前體蛋白,成熟IL-4由24個氨基酸殘基的信號肽裂解產生,約30%氨基酸序列與IL-13相同,這兩種細胞因子有部分重疊的生物學活性[2]。

IL-4生物活性的發揮通過信號傳導途徑來完成,主要功能是激活B細胞,輔助B細胞分化為抗體分泌細胞,促進其產生體液免疫反應的抗體,中和外來游離病毒顆粒,以防再次感染[3, 4],同時能夠抑制Th1 型細胞因子的產生[5],在支持Treg介導的免疫抑制中起著重要作用[6]。IL-4介導的2型免疫反應對機體既有保護作用[7]又有致病活性[8],對腫瘤、過敏性疾病、心血管疾病[9]等具有多重生物學功能和治療作用。

二、IL-4與病毒性肝炎

既往研究發現Th1/Th2細胞因子水平失衡與HBV感染引起的肝臟炎癥活動密切相關,在慢性乙型病毒性肝炎(chronic hepatitis B,CHB)活動期Th1細胞免疫反應增強,產生大量炎癥因子,清除病毒的同時使肝炎加重;而緩解期Th2占據優勢,抗炎因子增多,炎癥減輕。IL-4在致炎與抗炎方面具有矛盾作用。研究顯示,CHB患者血清IL-4較健康人群高[10],使用甘草酸制劑后IL-4顯著下降,表明甘草酸制劑通過抑制炎性因子活性、導致Th2/Th1細胞失衡來有效抑制炎癥反應[11]。但也有研究顯示,CHB患者血清IL-4水平低于未感染者,且在接受抗病毒治療后IL-4顯著升高,并伴隨HBV-DNA載量降低[12]。IL-4在HBV感染的雙重作用可介導HBV的慢性感染,主要是由于Th2免疫占優勢時通過負反饋抑制Th1反應, 而Th1細胞主要參與HBV清除,因此免疫反應不足導致病毒感染慢性化。單核細胞在感染的控制中起著重要作用,研究表明CHB患者高滴度的乙型肝炎表面抗原和IL-4可引發單核細胞功能缺陷,且抗病毒治療無法降低IL-4水平使單核細胞功能正常,因此拮抗IL-4可能恢復單核細胞功能以促進病毒清除[13]。目前免疫預防尚未完全消除HBV感染,研究顯示HBV感染孕婦分娩新生兒細胞免疫功能紊亂,IL-4升高,T淋巴細胞亞群水平低且比例失調,不利于母體清除病毒,易致胎兒宮內感染[14],而在妊娠早期補充葉酸可上調嬰兒的IL-4水平來促進乙型肝炎病毒表面抗體的生成與升高[15]。

慢性丙型病毒性肝炎(chronic hepatitis C,CHC)患者血清IL-4升高[16],抗病毒治療后IL-4水平顯著下降并被鑒定為抗病毒療效的潛在生物標志物[17]。隱匿性乙型肝炎合并HCV感染患者多數細胞因子的產生較高,尤其IL-4升高明顯,提示其參與HBV-DNA在肝細胞內的整合,持續誘導肝臟炎癥致使慢性肝病進展[18]。HCV感染后分泌所需的細胞因子改善自身RNA以完成復制周期,研究表明IL-4水平與HCV-RNA成反比,這是由于HCV感染者中的IL-4抑制基因高頻率突變所致[19]。動物實驗顯示,小鼠感染HCV后不變自然殺傷T(iNKT)細胞亞群在肝臟內富集并顯著產生IL-4,而缺乏iNKT細胞會導致肝損傷加重,提示HCV感染后iNKT細胞可調節病毒特異性T細胞的效應功能增加IL-4,從而降低感染期間的肝損傷[20]。

三、IL-4與自身免疫性肝病

自身免疫性肝炎(autoimmune hepatitis,AIH)是遺傳、環境和免疫相互作用導致的,迄今為止,發病機制在很大程度上尚不清楚。研究發現[21]由病毒或化學物質引起的肝損傷釋放TLR2/TLR4配體導致炎癥放大,肝臟中多種細胞因子增加,其中IL-4升高后協同IL-25啟動Th2免疫反應,但抑制Th1反應的效率較低,導致自身免疫反應啟動,因此肝臟中非AIH的炎癥放大可能是自身免疫反應啟動的驅動力,通過肝臟中IL-4的持續升高及TLR2/4配體擴增促進AIH發生。從基因層面分析,IL-4可變串聯重復序列和IL-4-590位點CT和TT基因型在AIH患者中分布更高[22],揭示了IL-4基因變異與AIH患病風險增加之間的關聯。

原發性膽汁性膽管炎(primary biliary cholangitis,PBC)的發病機制與CD4+T細胞相關,IFN-γ在早期促進募集和淋巴細胞活化,隨后誘導免疫抑制分子IL-30下調慢性炎癥,而IL-4雖在PBC發病早期作用不明顯,但可加劇肝臟的慢性炎癥和纖維化[23]。PBC患者肝內膽管上皮細胞IFN-γ刺激CX3CL1表達,在局部IL-4和IL-13的刺激下,CCL26表達增加并與CX3CL1協同促進NK細胞和T細胞趨化,加重膽管上皮損傷[24]。位于膽管上皮細胞的根尖膜上的Ca2+激活的Cl-通道跨膜成員16A(TMEM16A)是膽汁形成和分泌的重要調節因子,IL-4介導TMEM16A通道表達增加,這種涉及IL-4調控途徑的鑒定為膽汁分泌提供了新見解,可能是治療膽汁淤滯性肝病時增強膽汁形成的新的治療靶點[25]。

四、IL-4與藥物性肝損傷

IL-4在對乙酰氨基酚(APAP)誘導的肝損傷中具有保護作用。APAP導致肝損傷的主要原因是谷胱甘肽(GSH)耗竭,實驗顯示[26]IL-4基因敲除小鼠更容易發生肝損傷,其對藥物性肝損傷易感性增加正是由于肝臟GSH持續減少,而給予重組IL-4可增加GSH水平并減輕肝損傷程度,表明IL-4在細胞應激條件下調節肝臟中GSH的合成。服用過量APAP的患者肝活檢中大量嗜酸性粒細胞積聚,而健康肝組織中很少,體外實驗表明,IL-33刺激嗜酸性粒細胞釋放IL-4,促進巨噬細胞釋放大量的CCL24,進一步促進肝臟嗜酸性粒細胞募集[27],嗜酸性粒細胞可通過環氧合酶介導產生的IL-4/IL-13發揮肝臟保護作用[28],該結果表明嗜酸性粒細胞介導產生IL-4可能是治療APAP誘導的肝損傷的有效療法。

五、IL-4與寄生蟲性肝損傷

研究顯示,血吸蟲感染后肝組織中IL-4相對表達較高[29]。IL-4在血吸蟲感染后調節肝臟氧化損傷中起著至關重要的作用,IL-4基因敲除小鼠感染血吸蟲后肝臟寄生蟲蟲卵周圍的肉芽腫炎癥比未敲除的小鼠更嚴重,且中性粒細胞浸潤增加、肝細胞壞死嚴重,而IL-4可以抑制中性粒細胞過度浸潤,減少促炎細胞因子產生,降低肝損傷[30]。抗血吸蟲藥可提高IL-4水平,為新藥研制及血吸蟲感染患者的治療管理提供可參考范圍[31]。IL-4和IL-10共同決定小鼠腸道寄生蟲感染后肝臟炎癥的進展,IL-10調節CD4+T細胞的數量,CD4+T細胞是IL-4的主要來源,而肝臟中活化中性粒細胞的隔離需要IL-4,中性粒細胞減少可防止進展至明顯壞死,因此IL-10基因缺失小鼠在感染旋毛蟲后會發生壞死性肝炎并增加IL-4水平[32]。

六、IL-4與肝纖維化及肝硬化

IL-4在一定條件下參與肝纖維化與肝硬化的發生[33],它通過誘導人肝內成纖維細胞激活,上調Ⅰ型膠原的表達,刺激細胞外基質蛋白合成, 促進肝纖維化的發生與發展。回顧性分析顯示CHB患者IL-4升高且與肝纖維化指標呈正相關[34],IFN-γ/IL-4與肝纖維化進展呈負相關[35],CHC患者IL-4水平升高也與肝纖維化程度相關(OR=2.99,P=0.042),IL-4對晚期肝纖維化有較強的診斷價值[36],提供了IL-4水平升高預示初發CHB與CHC患者肝纖維化進展的證據。HBV相關肝硬化患者中,激活的iNKT細胞遷移到肝臟并通過IL-4的表達影響肝星狀細胞激活,促進肝臟纖維化[37]。大麻二酚可阻止IL-4誘導的成纖維細胞遷移,抑制膠原蛋白基因的合成(轉錄),是潛在的治療纖維化疾病的方法[38]。

七、IL-4與原發性肝細胞癌

原發性肝細胞癌是最常見的腫瘤之一,每年導致全球近100萬人死亡。基因水平顯示IL-4-590C/T為危險等位基因,與HCV誘導的HCC呈正相關,可能作為HCC早期診斷及預后的遺傳標記[39]。IL-4在腫瘤免疫中具有矛盾作用,最初的小鼠實驗中IL-4表現出較強的抗腫瘤能力,而且IL-4誘導的免疫反應是幾種細胞因子中最有效的;然而也有相反的結論表明IL-4是促腫瘤分子,在癌癥患者中通常升高,IL-4基因敲除小鼠更能抵抗腫瘤侵襲,并有研究者發現HCV相關肝硬化患者中IL-4增加可能會誘導癌變[40]。CHB患者IL-4和HCC患者IL-4表達升高且HCC高于CHB,表明HBV感染后IL-4受疾病進展的影響而表達上調[41];CHC患者進展至肝癌后IL-4表達也較高且與嚴重程度相關,提示阻斷IL-4可能控制HCV炎癥并阻止進展至肝硬化甚至HCC[42]。在基礎機制上,IL-4促進人源Huh7肝癌細胞的增殖,IL-4/IL-4R可異常激活HCC內JAK1/STAT6信號通路,促進HCC的增殖和轉移,負性調控JAK/STAT信號通路可抑制肝細胞癌的生長[43]。此外,IL-4/IL-4R還通過調節凋亡蛋白和抗凋亡蛋白的表達, 最終促進HCC細胞增殖并抑制凋亡[44],這提示IL-4/IL-4R有望成為治療HCC的新靶點。

八、總結和展望

綜上所訴,IL-4主要由CD4+T細胞極化的Th2細胞亞群分泌,通過激活B細胞促進產生抗體,同時介導2型免疫反應。近年來針對多種肝臟疾病的免疫學發病機制方面的研究逐漸增多,越來越多的研究證明IL-4在病毒性肝炎、自身免疫性肝病、肝臟纖維化和肝癌的發病與進展上展現出重要的免疫調節作用,拮抗或促進IL-4的表達可能是減輕肝臟炎癥、抗肝纖維化與抑制腫瘤生長的新型免疫學手段,在維持機體免疫平衡方面具有巨大的研究潛力。但是部分研究顯示出相反的結果,如在CHB患者的促炎與抗炎方面,在抗腫瘤能力與促進腫瘤進展方面,因此在蛋白組學、轉錄組學和代謝組學等層面仍需通過進一步動物實驗與大樣本臨床數據的分析進行闡明。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。