細胞因子對肝纖維化發展影響的研究進展

吳 聰，張榮臻，王挺帥，周小博，牙程玉，覃秀容，毛德文

（廣西中醫藥大學，廣西中醫藥大學第一附屬醫院，廣西 南寧 530001）

肝纖維化是機體對慢性肝炎造成的持續性肝細胞損傷的一種反應，這種慢性炎癥反應誘導了纖維化細胞的活化和細胞外基質（extracellular matrix，ECM）的沉積，持續的肝損傷導致ECM 沉積過多，重塑受限，不可避免地導致瘢痕形成和纖維化［1］。在發生急性肝損傷的情況下，肝臟具有快速重建肝結構完整性的潛力。然而，在慢性肝損傷中，持續的有害刺激會導致肝實質變形，肝功能逐漸惡化［2］。

1 肝纖維化的發展機制

1.1 可誘發肝纖維化發展的因素

肝損傷引發纖維化級聯反應，肝細胞會受到各種有害物質的影響。病毒性肝炎（HBV，HCV，HDV）、非酒精性脂肪性肝炎和酒精性肝病是導致肝纖維化的主要病因。其他導致肝纖維化的潛在因素還包括毒素、膽汁淤積性疾病、自身免疫性肝炎和遺傳性代謝疾病及其他有毒代謝產物［3，4］。其中，細胞凋亡是病毒性、膽汁淤積性、脂肪性和酒精性肝病的常見病機，其形態學特征是細胞收縮、核濃縮和斷裂。實質細胞的凋亡細胞死亡可以由Fas和腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）α 等刺激介導。壞死性凋亡是一種特定形式的壞死細胞死亡途徑，受受體相互作用蛋白調節。其中，受體相互作用蛋白3 是脂肪變性肝損傷的關鍵調節因子。熱凋亡構成了由炎癥小體激活引發的細胞死亡途徑，在各種不同的肝損傷情況下已被證明可促進肝纖維化的發展［5，6］。氧化應激可誘導細胞死亡、免疫浸潤、肝細胞脂肪變性并充當肝星狀細胞（he‐patic stellate cells，HSC）的旁分泌刺激物，這些刺激的持續存在會導致肝纖維化。所以各種細胞死亡途徑也被認為是肝纖維化發展的重要因素之一［7］。

1.2 ECM 在肝纖維化中的作用

肝纖維化是一個動態過程，是由ECM合成增加和降解降低之間的不平衡引起的。HSC是該過程的主要細胞類型，也是纖維細胞和門靜脈成纖維細胞的主要來源［8］。在正常肝臟中，HSC呈非增殖性、靜止表型。在肝臟損傷或體外培養后，HSC被激活，從維生素A儲存細胞反式分化為肌原纖維母細胞，產生增殖、收縮、炎癥和趨化等變化，引起ECM改變。靜止的HSC（quiescent he‐patic stellate cells，qHSC）主要用作維生素A儲備，肝臟損傷會造成qHSC被炎癥介質激活，繼而分化［9，10］。持續的肝損傷導致活化的HSC（activated hepatic stellate cells，aHSC）永久存在，并轉分化為肌成纖維細胞。肌成纖維細胞響應各種細胞因子、趨化因子和生長因子而增殖，并產生ECM蛋白，除此之外，其他細胞（例如門靜脈成纖維細胞，間皮細胞和骨髓來源的纖維細胞）也發揮了作用［11］。aHSC是肝臟中膠原蛋白的主要來源，可以大量分泌引起肝結構重塑的ECM蛋白。aHSC還釋放金屬蛋白酶1 和2 的組織抑制劑（tissue inhibitor of matrix metalloproteinases，TIMP），這些抑制劑能夠阻止基質降解基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMP），從而促進ECM的沉積。因此，aHSC消耗對于減輕肝纖維化至關重要［12］。

1.3 免疫調節在肝纖維化中的作用

免疫炎癥反應能夠調節肝纖維化。肝臟的瘢痕形成是一個復雜的過程，涉及包括免疫細胞在內的肝實質細胞和非實質細胞，這些細胞起著雙刃劍的作用，不僅可促進肝纖維化的發展，還促進了肝纖維化的消退［13］。庫普弗細胞是體內最大的常駐巨噬細胞群，能夠在未受損的肝臟中保護宿主，具有主要的穩態作用。在細胞損傷期間，它會募集中性粒細胞、T 淋巴細胞、樹突狀細胞以及其他細胞群。例如，壞死細胞的死亡導致警報素高遷移率族蛋白B1 的釋放，它與化學趨化因子CXCL12 一起將中性粒細胞導向損傷部位［14］。在持續受傷的情況下，它們會釋放促炎介質，例如TNF、白細胞介素6、IL-1β 或TGFβ，從而促進T 細胞和中性粒細胞的募集并刺激aHSC 的纖維化活性。

2 主要細胞因子在肝纖維化中的作用

2.1 炎性細胞及炎性因子

炎癥途徑在肝纖維化中起重要作用。在炎癥細胞和纖維化細胞之間存在正反饋回路，炎癥發生會加重纖維化。許多其他類型細胞可促進HSC 的激活，例如巨噬細胞、自然殺傷細胞（natural killer cells，NK）、T 細胞、庫普弗細胞。

2.1.1 巨噬細胞 巨噬細胞目前被認為是決定纖維化程度的關鍵因素，并且是纖維蛋白溶解MMPs的來源。HSC 活化的減少、肝免疫細胞浸潤以及肝巨噬細胞的產生都能夠直接影響HSC 活化的細胞因子和趨化因子，如TGFβ、PDGF、TNF、IL-1β、MCP1、CCL3 和CCL5 等。促炎細胞因子如TNF和IL-1β 影響活化的HSCs 并通過激活NF-κB 促進活化［15］。CCL3（也稱為MIP1α）是CCR1 和CCR5的配體，可促進肝纖維化［16］。巨噬細胞通過肝纖維化的進展和消退發揮雙重作用。在肝纖維化進程中，損傷引起的炎癥反應觸發巨噬細胞募集進入肝臟并產生細胞因子和趨化因子，從而誘導HSC 轉變為產生ECM 的成纖維細胞。CCl4是一種選擇性肝毒性物質，能活化HSCs。?CD11b-DTR 轉基因小鼠中巨噬細胞的缺失可減少CCl4誘導的肝纖維化的瘢痕形成和成纖維細胞的產生，表明巨噬細胞在促進纖維化中起了重要作用［17］。但是，在肝纖維化的恢復過程中，巨噬細胞變為Ly6C（low）表型并停止產生纖維化和炎性因子，它們分泌MMP，例如MMP9 和MMP12［18］。MMP 是能夠降解ECM 的主要酶，它們被許多細胞類型（包括巨噬細胞）分泌為活性酶，并且需要翻譯后修飾才能發揮其功能［19，20］。盡管成纖維細胞的消失可以減少ECM 的產生，但增加的膠原蛋白活性是纖維化消退的另一主要機制。在肝纖維化消退過程中，巨噬細胞的轉化和MMP 的產生有助于降解和吞噬現有的ECM。因此，在肝纖維化恢復過程中，巨噬細胞的消耗導致ECM 降解失敗。此外，成纖維細胞是TIMP 生成的主要來源。肌成纖維細胞的消失導致TIMPs 水平降低，并有助于MMPs 活性增加和現有ECM 降解。

2.1.2 NK 和自然殺傷T 細胞（natural killer T cells，NKT） NK 通常具有抗纖維化特性，可通過NK 衍生的IFNγ 殺死活化的HSC，并通過表達死亡受體配體，如TRAIL 和FASL（也稱為TNF 配體超家族成員6），誘導HSC 凋亡［21］。NK 還有助于清除衰老激活的HSC，從而促進纖維化的消退。NKT 在HSC 活化和肝纖維化中的作用是復雜的，并且依賴于環境［22］。與NK 相似，NKT 細胞通過直接殺死活化的HSCs 和產生IFNγ 從而起到抗肝纖維化的作用。但是，NKT 細胞也具有促纖維化特性。由NKT 細胞表達的CXCR6 及其由內皮細胞和巨噬細胞表達的配體CXCL16 控制NKT 細胞遷移，使得CXCR6 基因敲除小鼠免受損傷后的肝纖維化傷害。NKT 細胞的過繼轉移恢復了CXCR6 基因敲除小鼠肝纖維化的發展［23］。

2.1.3 TNF TNF-α 是由多種免疫細胞（包括巨噬細胞/單核細胞）產生的多效性細胞因子，涉及肝炎癥發生、發展。盡管TNF-α 與導致肝纖維化的慢性肝臟炎癥的發病機理有關，但是TNF-α 在肝纖維化中的作用尚不清楚。TNF-α 的產生促進炎癥的發展，從而導致HSC 活化為成纖維細胞。有研究表明，在膽總管結扎的肝纖維化中，TNF-α 能夠加重纖維化程度［24］。此外，其他研究發現，在TNF 受體1 基因敲除小鼠中，四氯化碳（CCl4）誘導的肝纖維化明顯減少。這些結果充分說明TNF 可以促進纖維化。然而，TNF-α 也可以抑制培養纖維母細胞中膠原α1（I）基因的表達，表明TNF-α 也參與了HSC的激活。

2.1.4 白介素-22（interleukin 22，IL-22） IL-22 是IL-10 家族細胞因子的成員，在細胞炎癥反應、免疫系統調節、纖維化和組織重塑中均充當有效的介體［25］。相關研究表明，增加小鼠HSCs 的數量、減少肝纖維化肝臟中αSMA 的表達、增加肝臟IL-22 的水平可以減少小鼠肝纖維化并促進肝損傷恢復。IL-22 的抗纖維化作用與HSC 衰老的誘導有關。衰老的HSC 表達了兩種IL-22 受體，即IL-10R2 和IL-22R1［26］。來自慢性肝感染患者的最新臨床數據支持以下假設：IL-22 可以抵御這種疾病，而其競爭對手IL-22 結合蛋白（IL-22BP）會加劇肝纖維化和肝硬化，這表明IL-22/IL-22BP 軸的藥理學調節可能是限制肝硬化的一種有效的策略［27］。IL-22 與其誘餌受體的結合形成了一種被掩蓋的細胞因子，該細胞因子能夠與其認知受體結合，從而阻止了其發揮抗纖維化活性的作用。

2.2 生長因子

在慢性損傷期間，轉化生長因子-β（transform‐ing growth factor-β，TGF-β）介導HSC 的增殖和轉分化為活化的成纖維細胞，表現出收縮性和促炎性［28，29］。各種類型的細胞因子、趨化因子和生長因子［如TGFα、血管內皮生長因子（vascular endotheli‐al growth factor，VEGF）、血小板衍生生長因子］介導了這一過程。

2.2.1 TGF-β TGF-β 家族信號通路在調節不同細胞過程（包括增殖、分化、遷移或細胞死亡）中起著關鍵作用，這對于組織和器官的體內平衡至關重要。遷移和增殖是活化的HSC 的基本特征，而這些至少有一部分是由TGF-β 通過各種機制誘導。由于TGF-β 在人體中發揮著重要的作用，其通路的失控會導致人類產生疾病。就肝臟而言，TGF-β 信號傳導參與疾病進展的所有階段，從最初的肝損傷到炎癥反應和纖維化，再到肝硬化和癌癥［30］。證據表明TGF-β 在肝細胞中具有抑制細胞生長和凋亡的關鍵作用，這對于維持肝臟功能至關重要［31］。TGF-β 因其在HSC 活化和ECM 產生中的作用而被認為是促纖維化的細胞因子［32］。TGF-β 的關鍵纖維化作用主要是通過激活HSC 介導的，HSC 是肝纖維化過程中ECM 的主要產生者。HSC 中的SMAD2 和SMAD3 被賦予了不同的功能，研究發現SMAD2 可拮抗TGF-β/ SMAD3 誘導的膠原蛋白表達［33］。TGF-β 激活血小板衍生的生長因子受體β 的表達和氧化應激誘導介導TGF-β 對HSC 的增殖作用［34］。在TGF-β 介導的HSC 調節中，研究者發現miRNA 也參與肝纖維化的調節過程。例如，miR-29 介導肝纖維化的調節并形成信號連接的一部分，涉及HSC 中miR-29 家族成員的TGF-β 和NF-kB 依賴性下調，隨后ECM 基因上調，NF-κB 信號通路能促進HSCs 的激活，其抑制劑能降低肝纖維一些重要蛋白的表達，誘導HSCs 產生凋亡，減緩纖維化進程［35，36］。TGF-β 可下調HSC 中的miR‐NA，從而改變其對ECM 重塑的作用，而肝細胞纖維化是至關重要的過程［37］。TGF-β 還通過其他肝細胞類型，例如肝細胞和肝祖細胞中的信號傳導，參與了纖維化的發生發展。

2.2.2 結締組織生長因子（connective tissue growth factor，CTGF） CTGF 是有效的纖維生成細胞因子，也是肝纖維化中另一種重要且部分獨立于TGF-β 的促纖維化刺激因子。CTGF 在肝纖維化中的作用范圍廣泛，有助于ECM 的產生以及細胞的增殖、遷移、黏附和存活［38］。研究表明，正常肝中CTGF 的表達較低，在肝纖維化中CTGF 的表達顯著上調。CTGF 表達的細胞分布取決于疾病的病因和進展，同樣，HSC（與成纖維細胞一起）被認為是肝纖維化中最重要的CTGF 來源，而肝細胞、門靜脈成纖維細胞和膽管細胞也可以促進CTGF 的產生［39］。盡管TGF-β 信號通過肝細胞中的Smad 信號通路導致CTGF 表達增加，但HSC 中的CTGF卻通過TGF-β 依賴性（通過Smad3 和Stat3 信號轉導）和TGF-β 非依賴性途徑表達［40］。像肝細胞一樣，肝祖細胞也已被證明有助于通過Smad 信號通路響應TGF-β 的CTGF 產生，可上調CTGF 在肝臟中的表達水平［41］。CTGF 的分泌特征及其在肝臟疾病中的各種類型細胞的產生使其成為診斷肝纖維化及其進展的潛在生物標志物。一些臨床研究表明纖維化/肝硬化肝病患者的血清或血漿CTGF都有明顯增加。

2.2.3 VEGF VEGF 在受損的肝實質中誘導HSC 的增殖和血管生成。它從肝臟的肝竇內皮細胞和HSC 中釋放出來。VEGF 促進纖維化的發生，同時也促進肝組織修復和纖維化消退，其拮抗作用有利于組織再生、細胞因子信號傳導和抑制血管有害物質生成［42，43］。有研究表明［44］，VEGF 可通過提高肝竇內皮通透性和增加肝竇內皮細胞中血管粘附分子1 表達，促進骨髓間充質干細胞在肝纖維化中的植入，增強肝再生，并改善肝功能。

3 總結與展望

肝纖維化是肝臟疾病的關鍵過程，肝臟疾病是一個具有復雜病理、生理機制的全球性健康問題，目前尚無能夠成功逆轉或阻止其發展為肝硬化和原發性肝癌的治療方法。肝纖維化是肝損傷多細胞復雜反應的結果，除HSC 和巨噬細胞外，NK、TNFα、TGF-β 及許多其他細胞都有助于肝纖維化的進展和消退。目前研究者通過對肝纖維化的分子和細胞機制的了解發現了多種新型靶標和途徑，這些靶標和途徑可能適合于阻斷肝炎癥/纖維化并啟動肝組織消退。但是，目前大多數的發現是在動物模型中產生的，這些發現仍需要轉化為人類發病機制。未來的研究可從不同細胞類型之間的串擾以及肝纖維化可逆性的分子機制著手，這將會給肝纖維化的治療提供新的策略。