白細胞介素-1β、白細胞介素-6與腫瘤壞死因子-α在非酒精性脂肪性肝病發展過程中的作用

趙鵬，金海，朱加興 綜述 庹必光 審校

遵義醫科大學附屬醫院消化內科，貴州 遵義 563003

非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD)是全球范圍內最常見的慢性肝病之一，其病理特征為肝細胞內過量的脂質聚積；它的診斷必須滿足兩個條件：一是通過影像學或組織學檢查證實存在肝臟脂肪變性；二是排除其他明確病因引起的肝臟脂肪聚積，包括過量飲酒、藥物(如他莫昔芬)、病毒、自身免疫性疾病或遺傳病(如威爾遜病)等。該病有兩種主要的病理類型，即非酒精性脂肪肝(non-alcoholic fatty liver，NAFL)和非酒精性脂肪性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis，NASH)，其中NASH可進一步發展為肝纖維化、肝硬化以及肝細胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)。HCC是該病發展的最終也是最嚴重的結果，合并NAFLD的HCC患者常年齡偏大，且死亡率更高[1]。NAFLD的發生常伴有多種合并癥，如肥胖、糖尿病、高脂血癥等；流行病學調查顯示，在全球范圍內NAFLD患者中合并肥胖者占51.34%，在NASH患者中合并肥胖者上升到了81.83%，在某些區域范圍內這一比例甚至超過了90%[2]。近年來，肥胖所導致全身性慢性炎癥反應越來越被重視，肥胖導致脂肪組織功能失調，促使體內多種炎性細胞因子表達水平上調，如白細胞介素-6(interleukin-6，IL-6)，腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factorα，TNF-α)，白細胞介素-1家族等；在細胞介素-1家族中，白細胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)的作用十分重要，其參與了肝病發展的多個階段。臨床調查發現，在NAFL和NASH患者中，這些因子的表達水平與病變的嚴重程度相關[3-5]；NAFLD的發生和進展機制目前尚未完全明確。除了造成肝臟功能損傷外，NAFLD對其他多個系統(如心血管系統，泌尿系統等)也有明顯的影響[6]，且目前仍缺乏理想的治療方案。了解這些炎性細胞因子在NAFLD發展過程中的作用將有助于尋找NAFLD預防及治療的新方法。本文就IL-1β、IL-6和TNF-α在NAFLD發展過程中的作用給予綜述。

1 健康肝臟到NAFL階段

在從健康肝臟發展到NAFL的過程中，最重要的特征是肝脂肪變性，此時肝臟僅出現脂質聚積，而無細胞損傷[1]。脂質在肝臟的聚積是由于肝臟中脂肪酸的獲取與消耗之間存在不平衡，即獲取增多和(或)消耗減少；這種失衡可以通過幾種途徑發生，包括肝臟脂肪從頭合成(de novo lipogenesis，DNL)的增加；從脂肪組織分解進入血漿中的脂肪酸的增加；膳食脂肪攝入的增加；脂肪酸氧化以及酮體生成的減少、低密度脂蛋白顆粒(LDL)向肝外轉運甘油三酯的減少[7]。

1.1 促進肝臟的DNL過程 DNL是一種復雜且受到嚴格調控的代謝途徑。在正常情況下，機體通過DNL途徑將多余的碳水化合物轉化為脂肪酸，之后進一步將脂肪酸酯化為甘油三酯進行存儲，這些甘油三酯在需要時可以通過β-氧化途徑為機體提供能量。在人體中，DNL途徑主要活躍于肝臟和脂肪組織[8]。NEGRIN等[9]發現即使僅使用生理濃度水平的重組IL-1β處理體外培養的原代肝細胞，經處理的肝細胞中脂肪酸合成酶(fatty acid synthase，FASN)、乙酰輔酶A羧化酶-2(acetyl-CoA carboxylase-2，ACC2)等與脂質合成密切相關的酶基因表達水平也呈上調趨勢；肝細胞中甘油三酯的累計量增加，并且其增加量隨著IL-1β濃度的升高而升高，當重組IL-1β濃度達到10 ng/mL時，經處理的肝細胞中甘油三酯總量與未處理的細胞相比增加了50%；而在使用阿那白滯素(Anakinra，重組型人IL-1受體拮抗劑)處理飲食誘導的肥胖小鼠模型后，實驗組小鼠的肝臟脂肪變性明顯減輕，其肝臟重量占體質量的百分比與生理鹽水處理的對照組小鼠相比減少了約20%[9]；這提示IL-1β能通過上調肝細胞新生脂肪生成進而促進肝臟中的脂質蓄積，在肝臟的脂肪變性中起重要作用。與IL-1β相似，TODORIC等[10]發現，使用TNF刺激體外培養的人肝細胞時，果糖和葡萄糖驅動的肝細胞脂滴積累明顯增強。TNF也能促進肝細胞中乙酰輔酶a羧化酶α(acetyl-CoA carboxylase alpha，ACACA)、脂肪酸合酶和固醇調節元件結合轉錄因子1(sterol-regulatory element-binding transcription factor 1，SREBF1)等與脂肪合成相關酶的mRNA表達水平上調[10]。

1.2 促進脂肪組織的脂質分解 除肝內的DNL外，肝臟中的脂質蓄積另一個重要途徑是血漿中的脂肪酸隨著血液流動經肝門靜脈進入肝臟。血漿非酯化脂肪酸(non-estesterified fatty acid，NEFA)池貢獻了大部分流向肝臟的脂肪酸，尤其是在禁食狀態下；非酯化脂肪酸池中包含來自飲食的脂肪酸以及脂肪組織中的脂肪分解產生的脂肪酸，并且脂解過程所動員的甘油三酯對于維持NEFA池的功能穩定起主要作用[11-12]，當脂肪細胞的脂質分解增加時，血漿中脂肪酸水平隨之上升；并且同位素人體代謝追蹤研究發現，來自脂肪組織的脂肪酸占NAFLD患者肝臟中甘油三酯來源的很大一部分，提示脂肪細胞脂解失衡是膳食誘導NAFLD的重要機制[11]；脂肪組織中的脂質分解是一個受到多種因素嚴格調節的過程，這些調節信號包括兒茶酚胺、胰島素、生長激素、利鈉肽和一些脂肪細胞因子等，這些信號作用于下游的脂肪酶，進而對脂質分解發揮調節作用[12]。在脂肪組織中，脂滴的大小反映脂質的生成與分解之間的相對速率關系，MIYOSHI等[13]發現，在過表達脂肪細胞中的甘油三酯脂肪酶(adipose triglyceride lipase，ATGL)后，脂肪組織的脂滴較對照組明顯減小，即ATGL表達增加促進了脂肪組織的脂質分解；后來YANG等[14]發現，在使用TNF-α處理脂脂肪細胞后，G0期G1期轉換基因2(G0S2)的mRNA表達水平顯著降低，而G0S2蛋白能夠抑制ATGL，減少脂肪組織的脂質分解；VAN等[15]的一項實驗發現，在向健康成年男性注射重組人白介素-6后的2 h開始，其動脈血中的脂肪酸濃度開始上升，尤其是低劑量注射時，其濃度可超過對照組60%以上。以上證據表明IL-1β、IL-6和TNF-α通過上調肝臟中的新生脂肪生成以及促進脂肪組織的脂質分解升高血漿脂肪酸水平進而加重肝臟脂質蓄積，在肝臟肥胖性脂肪變性的發病機制中起重要作用。

2 非酒精性脂肪性肝炎階段

美國肝病協會發布的指南對非酒精性脂肪性肝炎(NASH)的定義是：超過5%的肝細胞出現脂肪變性，伴有肝細胞腫脹等肝細胞損傷，并伴有或不伴有纖維化[1]。除了單純的肝脂肪變性外，肝細胞腫脹和小葉炎癥是NASH的特征性病理改變。特別是肝細胞氣球樣變是診斷NASH的關鍵特征，也是目前使用的NAFLD組織學分級和分期系統的一部分[16]。病理研究證實，肝細胞氣球樣變與脂肪滴的積聚有關。脂滴在肝細胞胞漿中的積聚可進一步導致內質網的擴張和細胞骨架的損傷，從而促進肝細胞球囊化的過程[17]，這種由于脂質積聚對肝細胞產生的損傷作用被稱為脂毒性。肝細胞腫脹是脂肪毒性的重要表現。脂毒性使肝細胞處于脂質應激狀態，并釋放出含有多種物質的細胞外囊泡。這些囊泡中所含的CXCL10、神經酰胺、線粒體DNA和腫瘤壞死因子樣凋亡誘導配體(TRAIL)等，這些因子可促進巨噬細胞的活化，并促進巨噬細胞向肝臟的轉移和浸潤[18]。MIURA等[19]發現，長期高脂肪飲食會使常駐肝臟的巨噬細胞(即庫普弗細胞)向促炎的CD11c+表型(也稱作M1表型)分化數量增加，并增加促炎細胞因子的生成，如IL-1β、IL-6、TNF-α等，加重肝臟脂肪變性和局部炎性反應。HADINIA等[20]的研究發現，與單純非酒精性脂肪肝和健康人相比，NASH患者體內的IL-1β和IL-6水平顯著升高。當使用NOD樣受體蛋白3抑制劑降低NASH模型小鼠體內的IL-1β以及IL-6表達水平后，肝臟中浸潤的巨噬細胞和中性粒細胞數量降低，肝細胞的損傷也得到了顯著改善[21]；也就是說，IL-1β等炎性因子促進肝臟脂肪變性，如繼續進展則會進一步引起肝細胞損傷，如肝細胞腫脹，從而進一步促進肝臟炎癥的出現。肝臟炎癥與肝臟脂肪變性互為因果，形成惡性循環。

3 肝纖維化以及肝硬化階段

在前面已經提到，肝纖維化對NASH的診斷是可有可無的，但纖維化是NASH進展的一種表現。當纖維化發展為晚期纖維化時，可導致肝硬化，最終發展為肝細胞癌[22]。肝纖維化過程中最重要的事件是肝星狀細胞(HSCs)的活化。此后狄氏間隙中的Ⅳ型膠原被Ⅰ和Ⅲ型膠原所取代，并開始出現細胞外基質(ECM)過度沉積。當病情進一步發展，肝纖維化隔形成及相關的血管改變會逐漸導致肝實質整體結構的改變，開始出現門脈高壓及相關的病理生理事件，進而轉變為肝硬化階段[23]。體內多種先天性和適應性免疫細胞及其分泌的細胞因子參與肝纖維化的過程。庫普弗細胞是位于肝竇腔的常駐巨噬細胞，約占肝竇細胞的30%。它們在肝臟炎癥中起著關鍵作用[24]。前面已經提及，長期高脂肪飲食會使庫普弗細胞向M1型轉化的比例增加，促炎細胞因子如IL-1β、IL-6、TNF-α增加，加重肝臟脂肪變性和局部炎性反應。IL-1β可促進肝星狀細胞增殖，顯著增加基質金屬蛋白酶抑制劑-1(matrix metalloproteinase inhibitor-1，TIMP1)分泌，TIMP1能抑制細胞外基質降解，從而促進肝纖維化。在TIMP1高表達的小鼠模型中，肝臟出現嚴重纖維化[19，25]。靜息狀態的肝星狀細胞經IL-6處理后表型轉變為肌成纖維細胞樣細胞，肝肌成纖維細胞能促進細胞外基質的合成[23，26]。

4 肝細胞癌階段

與其他原因引起的肝癌相比，非酒精性脂肪肝引起的肝癌患者多為年齡較大的女性[27]。此外，有研究發現，即使在沒有肝纖維化或肝硬化的情況下，NAFLD患者也可出現肝細胞癌[28-29]，并且無肝硬化的HCC患者更容易發生更大的腫瘤，腫瘤復發率也更高[30]。FU等[31]研究發現，高脂飲食顯著降低了二乙基亞硝胺(DEN)誘導的肝癌小鼠的存活率，并導致嚴重的肝功能障礙。高脂喂養小鼠肝內脂肪滴和肝癌細胞數量多于對照組，肝癌溝及周圍無膠原蛋白，巨噬細胞等大量炎癥細胞浸潤，炎性細胞因子的表達水平更高[31]，這提示由NAFLD發展來的肝細胞癌患者病情加重風險更高。IL-6、TNF-α、IL-1β對腫瘤均有促進作用，它們可以促進癌前細胞的增殖和存活，并在缺氧情況下促進血管生成[32]。IL-6通過激活肝細胞STAT3通路促進肝癌細胞在體內外的生長[33]。一項關于IL-6與肥胖和癌癥死亡率的大規模前瞻性研究表明，高體質量指數(BMI)與肝癌相關死亡率顯著相關。與BMI正常患者相比，BMI為35 kg/m2的女性肝癌死亡相對風險高1.68倍，男性肝癌死亡相對風險高4.52倍[33]。與IL-6類似，TNF-α也與細胞轉化、增殖、侵襲、血管生成和轉移有關[34-36]。IL-1β可以通過多種途徑介導肝癌細胞的惡性行為，例如，IL-1β介導同源盒C10(人類肝細胞癌組織中上調最多的同源基因之一)過表達，上調3-磷酸肌苷依賴蛋白激酶1(PDPK1)和血管擴張劑刺激磷酸蛋白(VASP)，促進肝癌轉移[37]。在肥胖的NAFLD患者中，巨噬細胞向脂肪組織聚集，并向促炎的M1表型分化[38]，M1表型巨噬細胞可通過IL-1β信號通路導誘導表達的細胞程序性死亡配體(PD-L)1，從而調節肝細胞癌免疫逃避和促進肝細胞癌的發展[39]。通過基因敲除抑制IL-1β通路的激活，可以防止肝細胞癌的增殖、侵襲、遷移、上皮-間充質轉化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)等行為[40]。

5 結語

總的來說，IL-1β、IL-6和TNF-α在NAFLD的初期加重脂質在肝臟的聚積，脂質過度聚積通過脂毒性造成肝細胞損傷，并加重了肝臟中炎性細胞的激活與浸潤，炎性細胞因子水平升高，引發肝臟炎癥；之后通過促進肝臟星狀細胞的活化使疾病進一步發展為肝纖維化及肝硬化；在肝硬化加重為肝癌之后，它們會促進癌細胞的增值、侵襲及轉移等惡性行為；目前NAFLD發病機制尚不完全明確，因此，通過尋找新的靶點來推進該病的預防和治療是十分有必要的。目前，通過抗炎方法治療NAFLD的研究取得了重要進展，例如已有研究證實，在使用藥物等方式使IL-1(α/β)驅動的自身炎癥被抑制時，模型動物體內的炎性因子、血脂水平及肝功能指標水平下降；肝脂肪變性和肝細胞膨脹等也得到了改善[41-42]；雖然要實現臨床應用，還需要更多的動物實驗和臨床研究支持。但該領域的進一步研究將對NAFLD的治療有很大的幫助。