慢性肝病患者肝組織巨噬細胞功能變化研究新進展*

徐 玲綜述,任 鋒審校

肝臟巨噬細胞在維持肝臟甚至整個機體穩態中發揮著巨大作用。肝臟巨噬細胞不僅負責清除由門靜脈回流至肝臟的細菌及其代謝產物,而且還監視組織整體的失衡并根據機體需要引發或終止免疫應答[1]。我們將闡述肝臟巨噬細胞的不同類型以及在不同肝臟疾病中所發揮的作用。

1 肝臟巨噬細胞的分類

肝臟中存在不同種類的巨噬細胞,主要包括定居于肝臟中的庫普夫細胞以及聚集在受損肝組織中由單核細胞衍生的巨噬細胞。庫普夫細胞是肝臟中數量最大的固有免疫細胞,具有自我更新能力,是可耐受抗原的巨噬細胞,由單核細胞衍生的巨噬細胞通常具有免疫原性。

定居在肝臟的巨噬細胞被稱為庫普夫細胞,它沿著肝竇內皮細胞生長,不僅作為清道夫清除各種病原體[2],還與膽紅素和功能鐵的代謝有關[3]。庫普夫細胞起源于CD115+的紅系髓系前體細胞,具有自我更新能力。在小鼠,庫普夫細胞的特征性分子包括F4/80,CD11b/CD68,和C型凝集素域家族4成員F表面表型[4],也表達多種TOLL樣受體。庫普夫細胞通常陰性表達CX3CR1,但可以表達其他大部分巨噬細胞的表面標志。人類庫普夫細胞最常用的標記是CD14和CD68分子。

單核細胞衍生的巨噬細胞主要位于健康肝臟的匯管區,也參與鐵代謝和膽紅素代謝[5]。造血干細胞首先發育為CD16+CD32+的粒單系前體細胞[6],進一步分化為巨噬細胞樹突狀細胞前體細胞,再分化為表達KIT+CSF1R+LY6C+的一般單核細胞前體細胞[7],最終完成分化的骨髓來源的單核細胞的標志是CSF1R+CD11b+LY6C+。在小鼠,外周血中存在兩種單核細胞,一種是LYC6+單核細胞,特征分子標志是CCR2+CX3CR1+CD43-;另一種是LYC6-的單核細胞,特征分子標志是CX3CR1+CCR2-CD43+[8]。人類單核細胞是通過CD14和CD16分子的表達來分類的,大多數人的單核細胞是CD14HICD16-和CD14-CD16HI,它們的基因表達結構分別與小鼠的LY6C+和LY6C-單核細胞相對應[9]。

2 巨噬細胞亞群之間的相互作用

庫普夫細胞是專門的吞噬細胞,負責清除肝竇中的微生物和代謝廢物,維持免疫耐受,監視組織損傷并及時激活促炎級聯反應[10]。在適當刺激下,它們可以產生大量的細胞因子、趨化因子和其他的生物活性分子[11]。在健康的肝臟中也存在單核細胞,它們在肝組織損傷時可以被快速地募集到損傷部位成熟為巨噬細胞。單核細胞衍生的巨噬細胞形成了功能和表型獨特的肝臟巨噬細胞亞群[12]。庫普夫細胞群體的生長通常依賴于自我更新,但是,如果庫普夫細胞在肝損傷期間被耗盡,單核細胞衍生的巨噬細胞可以在組織中承擔庫普夫細胞的角色并且獲得庫普夫細胞的表型。

巨噬細胞功能具有高度可塑性。當病原體入侵機體時,巨噬細胞分化為M1并分泌大量的炎癥因子趨和化因子,發揮促炎作用,吞噬病原體;同時,機體微環境中的炎癥因子誘導M2型巨噬細胞的分化,M2的主要功能是避免機體的過度損傷,促進傷口愈合和纖維化。目前研究表明,在脂多糖、INF-γ、IL-12的刺激下巨噬細胞活化為經典活化的巨噬細胞,即M1;而在IL-3、IL-14刺激下,分化為替代活化型巨噬細胞,即M2,M2又進一步分為M2a、M2b、M2c。巨噬細胞的極化是一個復雜又精密的過程,受到多種信號分子的調節,不同的巨噬細胞之間可以相互轉化。肝臟微環境似乎是決定巨噬細胞極化狀態的重要因素[13]。

因為巨噬細胞位于肝竇內皮細胞的腔側,所以它容易與肝臟中或循環中的多種免疫細胞相互作用。例如,人類的庫普夫細胞與自然殺傷細胞通過由TLR介導的IL-10或IL-1β的分泌相互作用,分別控制自然殺傷細胞的沉默或激活[14];也可以通過程序性死亡蛋白1和程序性死亡蛋白1配體的相互作用調節T細胞的命運;還可以通過分泌IL-10和PGE-2,誘導調節性T細胞[15]。因此,肝巨噬細胞的極化不僅受到肝細胞的調節,也通過與周圍免疫細胞的相互作用來調節。

3 肝臟巨噬細胞識別危險信號

庫普夫細胞的重要功能之一就是對損害肝組織的各種因素進行持續的監視[16]。在肝細胞發生損傷后,巨噬細胞發揮促炎作用有兩種模式,包括危險相關分子模式和病理相關分子模式。在肝臟中,前者的啟動大多是由于肝細胞的損傷,識別信號包括ATP、尿酸、膽固醇等[17];而后者的識別信號多數來自腸道滲出的脂多糖和鞭毛蛋白。ATP在庫普夫細胞中通過P2X7介導的途徑引發NLRP3炎癥小體依賴的應答,在體內或體外均可引起IL-1β、PGE2、HMGB1的釋放[18]。肝臟發生缺血再灌注損傷時也能觀察到肝臟巨噬細胞中炎癥小體的激活,可能是由活性氧類物質介導[19],TLR4介導的HMGB1和TLR9介導的組蛋白引發了炎癥小體的激活。細菌感染和慢性肝臟損傷也可以在庫普夫細胞中見到炎癥小體[20]。最近的一項研究表明,人類庫普夫細胞還可以形成針對細菌或病毒的特異性炎癥小體。

但是,有的分子引起肝臟巨噬細胞的活化并不是通過形成炎癥小體。例如,介導肝臟炎癥的中間介質IL-33和富含組氨酸的糖蛋白。應激肝細胞和非實質性細胞釋放IL-33,并介導表達IL-33受體ST2的ILC2s細胞募集[21],發揮保護功能。在小鼠,損傷的肝細胞在局部釋放血漿蛋白HRG,引起前炎癥巨噬細胞極化。急性肝損傷后,由TLR4介導的IL-1β的釋放的乳酸鹽是一種負性炎癥調控因子。由此可見,由多種分子機制確保肝巨噬細胞對肝損傷做出敏感并且快速的應答,從而精確地調控肝臟中的炎癥和免疫反應。

4 肝臟巨噬細胞在肝病中的作用

4.1 肝巨噬細胞的抗菌防御作用 肝臟的血供來自于門靜脈、肝動脈以及肝臟中的特殊的毛細血管結構-肝血竇。庫普夫細胞聯合血小板以及其他的非實質性細胞(例如內皮細胞和中性粒細胞)共同發揮作用促進細菌清除。在蠟狀芽孢桿菌和金黃色葡萄球菌引起的小鼠全身性感染時,庫普夫細胞將血小板聚集起來,將細菌有效的清除,防止小鼠發生敗血癥。但是,庫普夫細胞不是只有抗菌作用。最近一項研究強調金黃色葡萄球菌可以在庫普夫細胞中持續復制[22],從而有效地逃避中性粒細胞對它的清除,即庫普夫細胞可以作為金黃色葡萄球菌的潛在儲存庫。

在肝臟疾病后期,抗菌防御機制嚴重受損,肝硬化患者細菌感染的幾率很高,引起不良臨床后果和高死亡率[23]。在肝病患者,特別是急性肝衰竭患者,腸道滲出增加、菌群失調、庫普夫細胞的抗菌能力削弱,都增加了內毒素血癥的發生概率。急性肝衰竭患者不僅全身炎癥因子水平升高[24],并且可以在循環中檢測到巨噬細胞活化的標志物[25],包括可溶性的CD163和甘露糖受體。而且,肝巨噬細胞在體內的抗菌防御中起著核心作用,不僅清除體循環中的細菌和真菌,并且對后續的免疫應答發揮精確的調控。因此,肝臟損傷后巨噬細胞的激活不僅影響肝臟疾病的進展,也可以改變整體的抗菌防御的機制。

4.2 巨噬細胞在急性肝損傷中的作用 急性肝衰竭患者的特征是廣泛的肝細胞損傷,從而引起的肝功能嚴重受損。對不同類型小鼠急性肝損傷模型的細胞和分子級聯反應進行了分析,盡管激活巨噬細胞的分子通路不同,但巨噬細胞對各種損傷類型的應答是一致的。原則上講,庫普夫細胞在損傷的初期做出應答,隨之發生單核細胞浸潤,并成熟為巨噬細胞。不僅庫普夫細胞活化后分泌大量細胞因子和趨化因子[26],肝星狀細胞、肝竇內皮細胞和肝細胞也可以在肝損傷期間分泌化學因子[27]。

LY6C+單核細胞具有高度可塑性,在小鼠的急性肝損傷模型中同時具有促炎和抗炎的功能[28]。對乙酰氨基酚誘導肝損傷后,剛滲出的LY6C+單核細胞表達PRR以及多種細胞因子和化學因子,發揮促炎作用[29]。在肝臟壞死的區域,LY6C+單核細胞成熟為LY6C-巨噬細胞,促進血管結構的恢復,參與死亡細胞的吞噬和細胞外基質的重組。

4.3 巨噬細胞在非酒精性和酒精性肝病中的作用 慢性肝損傷的特征是肝纖維化、肝硬化、肝細胞癌的逐漸發展。巨噬細胞在慢性肝損傷炎癥的發展過程中發揮了至關重要的作用。非酒精性脂肪肝患者長期嚴重肝細胞脂肪變性引起肝細胞死亡,釋放大量的DAMPs,從而激活巨噬細胞。此外,肝細胞脂肪變性導致庫普夫細胞中亮氨酸拉鏈表達下調,也促進庫普夫細胞轉向促炎表型。但是,庫普夫細胞通過分泌IL-10或誘導促炎巨噬細胞的凋亡而發揮抗炎作用。小鼠脂肪肝模型顯示,肝臟中聚集的巨噬細胞主要是來自于滲出的單核細胞,并且其釋放細胞因子促進炎癥級聯反應,激活其他免疫細胞,誘導參與脂質代謝和易位的轉錄因子的表達,促進細胞凋亡。人類脂肪肝的特征之一是促炎巨噬細胞在門靜脈周圍聚集,特別是在纖維化和肝硬化的階段,表明單核細胞浸潤是非酒精性脂肪肝發生發展的重要機制[30]。同樣,巨噬細胞也可以將信號反饋給肝細胞并且對疾病進程產生直接影響。

4.4 巨噬細胞在乙型肝炎和丙型肝炎中的作用 在世界范圍內,HBV和HCV是導致肝病死亡的重要因素[31]。在感染病毒后,單核細胞迅速聚集到肝臟中,其數量遠遠超過肝臟中的庫普夫細胞。在病毒感染的慢性階段,肝臟巨噬細胞同時有保護和致病的雙重機制[32]。HCV與單核細胞和庫普夫細胞在體外孵育,誘導炎癥細胞活化并且分別產生IL-1β和IL-18,發揮促炎作用[33]。庫普夫細胞表達多種細胞因子發揮促炎作用,顆粒酶B和TRAIL抑制HCV復制,并且誘導感染的肝細胞發生凋亡[34]。HBV和HCV的一些成分會影響免疫調節細胞的生成并且會提高肝臟內的免疫耐受。病毒在激活NLRP3炎癥小體的同時,也可以通過各種途徑抑制NLRP3小體的活化,來抑制庫普夫細胞的活性和炎癥反應。巨噬細胞在HBV和HCV的感染期間也參與了肝臟的纖維化過程,庫普夫細胞會產生大量的促纖維素原物質以及一些酶類,干擾細胞基質沉淀的平衡,從而促進肝臟纖維化。炎癥的長期、持續的存在會刺激炎癥細胞分泌大量的炎癥因子,肝細胞的不斷壞死與代償性增殖會誘發肝細胞癌變,肝細胞癌的發生率大大增加。

4.5 巨噬細胞在肝纖維化中的作用 慢性肝炎導致肝臟瘢痕形成,肝纖維化是預測非酒精性脂肪肝患者發病率和死亡率的組織學特征[35]。肝臟巨噬細胞在肝纖維化過程中有雙重功能,它們在小鼠的肝纖維化模型中的消耗改善了肝臟的瘢痕形成,而它們在消融期的消耗抑制了正常的組織修復[36]。巨噬細胞具有促纖維化的功能,它們可以吞噬壞死的肝細胞碎片,通過分泌TGF-β1和PDGF促進肝星狀細胞和成纖維細胞的活化和存活;通過分泌多種趨化因子募集組織中的單核細胞進入肝臟分化為巨噬細胞,加重肝臟炎癥;激活炎癥小體,促進炎癥因子的釋放,誘導肝細胞凋亡及肝纖維化。在肝纖維化逆轉期,通過分泌抗炎因子,減輕肝臟炎癥;M2型巨噬細胞分泌IL-6,可以抗肝細胞凋亡;通過促進活化的肝星狀細胞凋亡發揮抗凋亡作用。在疾病的不同階段,不同表型的巨噬細胞發揮了截然相反的作用。通過調控巨噬細胞的功能,為肝纖維化的臨床治療提供了新的思路。

4.6 巨噬細胞在肝細胞癌中的作用 由肝細胞癌導致的死亡約占2016年所有癌癥相關死亡的6%。肝巨噬細胞對肝細胞癌的發病機制至關重要[37]。浸潤性單核細胞和庫普夫細胞都可以參與上皮間質轉化、促進血管生成,參與肝細胞癌中腫瘤的進展和轉移[38]。對原發性肝癌患者和小鼠肝癌模型的觀察結果表明,腫瘤相關巨噬細胞與腫瘤負荷增加和高轉移率有關。在致癌基因誘導的肝細胞小鼠模型中,細胞分泌CCL2,募集CCR2+促炎單核細胞衍生的巨噬細胞[39],清除惡化前衰老細胞并防止肝細胞癌的形成。而在原發性肝癌的后期,腫瘤周圍的單核細胞衍生的巨噬細胞具有多種免疫抑制特征。有趣的是,推測靶向治療肝巨噬細胞可能預防慢性肝病患者進展為肝細胞癌,或改善現有的肝細胞癌的治療方法。

5 小結和展望

巨噬細胞是肝臟維持內環境穩態和調控疾病的“基石”。庫普夫細胞通過不斷清除血液中的微生物及其代謝產物維持內環境穩定,庫普夫細胞靶向治療對于將來肝臟疾病的治療也是一個重要的方法。肝臟發生炎癥時,骨髓源性單核細胞在肝臟浸潤,建立與庫普夫細胞功能不同的肝巨噬細胞群體。由于肝巨噬細胞在多數肝臟疾病中發揮重要作用,成為未來治療肝臟疾病的有效靶點。潛在的治療方法以趨化因子、趨化因子受體、生長因子及其受體為靶點以減少單核細胞在肝臟中的浸潤,可能有利于預防肝纖維化進展或肝癌的形成。