Kupffer細(xì)胞亞群在肝臟熱缺血過程中的作用的研究進(jìn)展*

王 濤 綜述，嚴(yán)啟航，黃漢飛 審校

(昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院器官移植中心 650032)

枯否細(xì)胞(Kupffer cells,KCs)作為肝臟常駐巨噬細(xì)胞，在肝臟穩(wěn)定時期，曾被認(rèn)為是由造血干細(xì)胞分化而來。但近期的研究表明，他們在胚胎時期就已定植于肝臟組織，是由卵黃囊(yolk sac,YS)衍生而來，并且可以自行更新、增殖[1-2]。當(dāng)肝臟發(fā)生病變時，如發(fā)生感染性炎癥或者非感染性炎癥，KCs立即反應(yīng)，從而被大量消耗，而由此觸發(fā)KCs的補(bǔ)充主要源自骨髓單核細(xì)胞(bone marrow monocytes,BMM)[3-5]。所以，依據(jù)這些研究的成果，現(xiàn)在對于肝巨噬細(xì)胞已經(jīng)提出了亞群的概念，不同來源的KCs在肝臟中定植、成熟之后的功能以及他們對肝臟受損所表現(xiàn)出來的反應(yīng)都有所不同[6]。

1 缺血再灌注損傷(ischemia reperfusion injury,IRI)對肝臟的影響

肝臟IRI是缺血一段時間后恢復(fù)組織的血液循環(huán)所引發(fā)的促炎反應(yīng)。IRI是肝臟移植后早期同種異體移植功能障礙(early allograft dysfunction,EAD)的主要原因，也因此造成了供體器官短缺的問題，其中以熱缺血階段的損傷尤為突出[7]。但是目前的研究對IRI的機(jī)制仍知之甚少。在心臟死亡供體熱缺血病理生理改變的過程中，依據(jù)兩大研究機(jī)構(gòu)Birminghan和Zurich對功能性供體熱缺血損傷時間的定義，即從收縮壓下降至50 mm Hg以下到供體的冷主動脈灌注所持續(xù)的時間[8]，可以發(fā)現(xiàn)在熱缺血階段，肝細(xì)胞經(jīng)歷了低壓灌注及低供氧的過程。最新研究表明，肝臟經(jīng)過IRI可引起腸道微生物菌群的改變，進(jìn)而影響移植肝的質(zhì)量[9]，并且一旦發(fā)生熱缺血，肝臟細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)立即啟動[10-11]，由此導(dǎo)致肝細(xì)胞、KCs等功能發(fā)生改變，引起肝細(xì)胞的程序性死亡和壞死[12]。

2 KCs的亞群對肝臟熱缺血的反應(yīng)

2.1 YS衍生而來的KCs(YSD-KCs)對熱缺血的反應(yīng)

2.1.1YSD-KCs作為先天免疫的第一道防線，可持續(xù)監(jiān)測造成肝組織損傷的因素

在肝臟處于穩(wěn)定期的時候，此時定植于肝血竇的KCs是由卵黃囊衍生而來的。KCs核心功能之一是持續(xù)監(jiān)測對肝組織完整性構(gòu)成威脅的感染性或者非感染性因素[13]。而且KCs通過識別與模式識別受體(pattern recognition receptors,PRRs)相結(jié)合的損傷相關(guān)分子模式(damage-associated molecular patterns,DAMPs)或者病原相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)來感知肝損傷，然后活化形成炎性復(fù)合體，從而激活促炎級聯(lián)反應(yīng)[14]。

KCs持續(xù)監(jiān)測的作用源自于其固有免疫細(xì)胞的身份。作為先天性免疫的第一道防線，其細(xì)胞膜表面鑲嵌著多種模式識別受體——Toll樣受體(Toll like receptors,TLRs)和NOD樣受體(NOD-like receptors，NLRs)用以識別DAMPs[15-16]與PAMPs[17]。所以，經(jīng)歷熱缺血之后，被模式識別受體所識別從而激活YSD-KCs的DAMPs主要來自于受損的肝細(xì)胞，包括ATP，尿酸，膽固醇晶體，DNA片段以及脂肪酸等[18-19]。

在肝臟熱缺血時，高遷移率族蛋白1(high mobility group box 1,HMGB1)和組蛋白/DNA復(fù)合物是最具特征的DAMPs。HMGB1作為染色體蛋白質(zhì)，只有被動的從壞死細(xì)胞中釋放出來或者經(jīng)過刺激后從免疫活性細(xì)胞中主動分泌，才能作為DAMPs被TLR4所識別，從而激活YSD-KCs[20-21]。而此時在其他DAMPs的作用下，通過不同的PRRs促進(jìn)YSD-KCs形成多種炎性復(fù)合體，其中最具特征性的炎性復(fù)合體是NOD-、LRR-和NLRP3[19]。例如ATP通過YSD-KCs膜表面受體P2X7，誘導(dǎo)NLRP3炎性復(fù)合體依賴性應(yīng)答，從而招募pro-caspase-1并且使兩個相鄰的pro-caspase-1發(fā)生自身水解，產(chǎn)生具有酶活性的caspase-1,對白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)和IL-18的前體進(jìn)行切割，使其由前體形式轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨问?，分泌到?xì)胞外發(fā)揮生物學(xué)功能，還能引起細(xì)胞的caspase-1依賴性炎癥壞死，誘導(dǎo)細(xì)胞在炎癥和應(yīng)激的病理條件下死亡[22]，并且由此還可刺激活化的KCs釋放PGE2和HMGB1到細(xì)胞外發(fā)揮作用[14]。

2.1.2YSD-KCs可穩(wěn)定肝祖細(xì)胞，保護(hù)肝臟的再生能力

當(dāng)肝臟發(fā)生損傷時，依據(jù)損傷的原因及程度，肝細(xì)胞有兩種途徑進(jìn)行再生重建。當(dāng)發(fā)生急性損傷時，可通過已有的正常肝細(xì)胞復(fù)制分裂以補(bǔ)充損失的肝細(xì)胞[23]；當(dāng)發(fā)生慢性損害時，則調(diào)用肝祖細(xì)胞 (liver progenitor cells,LPCs) 進(jìn)行增殖分化，從而恢復(fù)肝組織的功能結(jié)構(gòu)[24]。在肝臟再生過程中，YSD-KCs作為常駐巨噬細(xì)胞，維持肝祖細(xì)胞的穩(wěn)定至關(guān)重要。ELSEGOOD等[25]研究表明，YSD-KCs的耗竭會降低LPCs的有絲分裂原水平，從而抑制LPCs的增殖分化，同時，趨化單核細(xì)胞浸潤的速度減慢。

2.1.3YSD-KCs可分泌趨化因子誘導(dǎo)骨髓單核細(xì)胞遷移至肝臟定植，并促其分化

YSD-KCs作為肝臟初始組織損傷的傳感器，活化之后可分泌一系列細(xì)胞因子、趨化因子、前列腺素、白三烯及補(bǔ)體因子[26]。對于將白細(xì)胞募集到炎癥區(qū)域，趨化因子起到了非常重要的作用。YSD-KCs分泌的趨化因子CXCL1、CXCL2和CXCL8吸引嗜中性粒細(xì)胞浸潤；同時，其分泌的CCL1、CCL2、CCL25和CX3CL1可趨化骨髓單核細(xì)胞浸潤[27]。另外，由YSD-KCs分泌的腫瘤壞死因子(TNF)及IL-1可激活肝星狀細(xì)胞和肝竇內(nèi)皮細(xì)胞，并通過肝星狀細(xì)胞分泌的集落刺激因子1(colony-stimulating factor 1，CSF1)的誘導(dǎo)，肝竇內(nèi)皮細(xì)胞中Notch信號通路的調(diào)節(jié)，以及在兩者中均發(fā)揮作用的骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic proteins，BMPs)的參與，從而使骨髓單核細(xì)胞在肝臟定植成熟之后即演變?yōu)镵Cs[28-29]，進(jìn)而開始發(fā)揮其促炎或抗炎的作用[6,30]。

2.2 BMMD衍生而來的KCs(BMMD-KCs)對熱缺血的反應(yīng)

2.2.1BMMD-KCs的促炎效應(yīng)

作為肝臟巨噬細(xì)胞的另一個亞群的來源，當(dāng)發(fā)生肝臟熱缺血時，在趨化因子的作用下，骨髓單核細(xì)胞遷移至肝血竇內(nèi)定植，在肝血竇的微環(huán)境的作用下開始分化演變?yōu)镵Cs，即BMMD-KCs[31]。

面對肝臟熱缺血所產(chǎn)生的病理生理變化，由于線粒體功能障礙和氧化應(yīng)激反應(yīng)，使得F4/80+CD68+KCs產(chǎn)生大量活性氧(reactive oxygen species,ROS)，介導(dǎo)肝細(xì)胞的凋亡和自噬[29]。KEESTRA GOUNDER等[32]提出，在骨髓來源的巨噬細(xì)胞中，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(ER)應(yīng)激可增加肌醇需要蛋白1α(inositol-requiring protein 1 alpha,IRE1α)的表達(dá)，IRE1α表達(dá)增加可促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)TNF受體相關(guān)因子2(TNF receptor associated factor 2,TRAF2)的募集，從而誘導(dǎo)核因子κB(nuclear factor κB,NF-κB)活化，釋放許多促炎因子發(fā)揮炎性損傷作用。同時，有研究指出，ER應(yīng)激過程也正是由ROS介導(dǎo)，參與該過程的相關(guān)蛋白質(zhì)還包括相對78×103分子量的葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白(78-kDa glucose-regulated protein,GRP78)、蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(protein kinase R-like endoplasmic reticulum kinase,PERK)、真核起始因子2-alpha(eukaryotic initiation factor 2-alpha,eIF2α)、激活轉(zhuǎn)錄因子4(activating transcription factor 4,ATF4)、c-Jun N-末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)、p38和CCAAT-增強(qiáng)子結(jié)合蛋白同源蛋白(CCAAT-enhancer-binding protein homologous protein,CHOP)等[10]。XU等[33]指出，在肝臟IRI過程中，可以利用ER應(yīng)激抑制劑即?；切苋パ跄懰?tauroursodeoxycholic acid,TUDCA)或IRE1α激酶抑制劑來抑制KCs的功能，下調(diào)IRE1α/TRAF2/NF-κB通路的活性，從而減輕肝臟IRI。

2.2.2BMMD-KCs的抗炎效應(yīng)

血紅素加氧酶催化血紅素轉(zhuǎn)化為3種活性終產(chǎn)物，即膽綠素/膽紅素，CO和亞鐵離子。血紅素加氧酶有3種亞型，即HO-1、HO-2和HO-3。HO-1由一系列刺激因素誘導(dǎo)，如ROS、一氧化氮(NO)、內(nèi)毒素、親電子藥物、細(xì)胞因子、缺氧和紫外線照射等[34]。加州大學(xué)David Geffen醫(yī)學(xué)院Dumont-UCLA移植中心研究指出在肝臟熱缺血的過程中，組織中BMMD-KCs是HO-1的主要來源，BMMD-KCs可以通過HO-1來發(fā)揮抗炎作用[35]。

HO-1作為抗氧化劑，誘導(dǎo)其高表達(dá)是目前公認(rèn)的對抗炎癥、體溫過高及IRI的關(guān)鍵細(xì)胞保護(hù)機(jī)制。而且，HO-1是維持細(xì)胞內(nèi)氧化還原穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵生物活性化合物[36]。關(guān)于HO-1的表達(dá)，涉及的轉(zhuǎn)錄因子包括激活蛋白-1(activator protein-1,AP-1)、核因子紅細(xì)胞相關(guān)因子-2(nuclear factor erythroid related factor-2,Nrf2)、the cap ′n′ collar basic region leucine zipper蛋白家族(CNC-bZIP)。另外，NF-κB和v-Maf癌蛋白也可以與HMOX1基因的啟動子區(qū)相結(jié)合，從而調(diào)節(jié)HO-1的表達(dá)。其中，轉(zhuǎn)錄因子Nrf2是HO-1轉(zhuǎn)錄的主要正調(diào)節(jié)物[37]。在無損傷情況下，Nrf2基本上是被細(xì)胞質(zhì)中的Kelch樣ECH相關(guān)蛋白(Kelch-like ECH-associated protein,Keap1)所隔離，即Keap1通過基于Cullin 3的E3泛素連接酶復(fù)合物與Nrf2相互作用，使其不發(fā)揮功能。氧化應(yīng)激后，Keap1-Nrf2復(fù)合物被解離，Nrf2則易位至細(xì)胞核并且與HMOX1基因啟動子中的應(yīng)激反應(yīng)元件/抗氧化反應(yīng)元件(StRE/ARE)位點結(jié)合，促進(jìn)其轉(zhuǎn)錄[38]。

加州大學(xué)David Geffen醫(yī)學(xué)院Dumont-UCLA移植中心研究還指出，在肝臟熱缺血期間，在可替代閱讀框Arf依賴的條件下，由BMMD-KCs產(chǎn)生的HO-1通過SIRT1/p53信號通路，可以抑制單核巨噬細(xì)胞活化標(biāo)志物p-STAT1和iNOS的表達(dá)，進(jìn)而抑制單核巨噬細(xì)胞的促炎表型，保護(hù)移植肝成活率，減少肝細(xì)胞的損傷[35,39]。

另外，值得注意的是，HO-1產(chǎn)生的終產(chǎn)物CO，是目前為止人體內(nèi)少有的可以抗炎的氣體分子之一。KIM等[40]發(fā)現(xiàn)，CO可通過激活磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/Akt)信號傳導(dǎo)途徑，從而使糖原合成酶激酶-3( glycogen synthase kinase-3,GSK3)發(fā)生磷酸化，抑制其活性，由此提高肝臟IRI過程中肝細(xì)胞的存活率[40]。同樣有研究表明，在KCs中，CO可上調(diào)熱休克蛋白70(HSP70)并抑制ROS的產(chǎn)生，并且顯著抑制MEK/ERK1/2通路，以及調(diào)節(jié)IRI誘導(dǎo)的STAT1和STAT3活化[41]。CO還可抑制纖維蛋白溶解信號軸，下調(diào)促炎因子早期生長反應(yīng)-1(early growth response 1,Egr-1)[42]，激活過氧化物酶體增殖物激活受體-γ(peroxysome proliferator activated receptor-γ,PPAR-γ)發(fā)揮抗炎作用[43]。

3 總結(jié)與展望

對于KCs，無論哪一個亞群，目前都無法確切地說明其在肝臟熱缺血過程中的作用，甚至最新的研究還提到KCs在應(yīng)激反應(yīng)過程中還可通過防止免疫應(yīng)答的過度活化，來保護(hù)肝臟的病理性損害[44]，以及肝臟迷走神經(jīng)通過激活KCs上的α7煙堿乙酰膽堿受體(α7nAChR),抑制KCs，使得IRI誘導(dǎo)的肝細(xì)胞凋亡結(jié)果最小化[45]。所以，繼續(xù)探索肝臟常駐巨噬細(xì)胞KCs在肝臟損傷發(fā)生過程中的作用，是為臨床肝臟疾病的治療提供重要策略的研究方向。